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Ausschreibender Bereich: IEK-1 - Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren
Kennziffer: D027/2018, Werkstoff-/ Materialwissenschaften, angewandte Physik, Maschinenbau

Masterarbeit: Verbesserung der Luftelektroden von Festoxidzellen

In keramischen Hochleistungs-Festoxidzellen (Brennstoffzellen SOFC, Elektrolysezellen SOEC) werden auf der Luftseite mischleitende, d.h. gleichzeitig ionen- und elektronenleitende Kathodenwerkstoffe eingesetzt, die bei relativ niedrigen (~ 700°C) Betriebstemperaturen hohe Leistungsdichten ermöglichen. Als Werkstoffe können z.B. La-Sr-Co-Ferrite (LSCF) und La-Sr-Cobaltite (LSC) eingesetzt werden. Vergleicht man die beiden Leitungsvarianten, so ist die Elektronenleitung deutlich höher als die Sauerstoffionenleitung. Zur Verbesserung letzterer kann man dem LSC(F) einen reinen Sauerstoffionenleiter hinzugeben, um beide Leitungsmechanismen in ihrem Beitrag einander anzunähern. Die Jülicher Zellen zeigen bislang herausragend gute Eigenschaften im Brennstoffzellenbetrieb, für welchen sie auch optimiert wurden. Allerdings treten im Elektrolysebetrieb Degradationserscheinungen wie bspw. Elektrodendelamination auf. Eine Hypothese für die Abplatzung der Elektrode ist ihre mangelnde Ionenleitfähigkeit.

Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit soll dem LSC(F) gezielt ein Ionenleiter, Gadolinium-dotiertes Ceroxid zugegeben werden, um zu testen, ob dies die vorgenannten Effekte vermindert und die Gesamtleistungsfähigkeit der Zelle positiv beeinflusst. Als Variationsparameter stehen sowohl Mischungsmengen als auch der Einfluss der Partikelgrößenverteilung, der Sintertemperatur und der Schichtdicke zur Auswahl.

Es soll, basierend auf kommerziellen Halbzellen, die Luftelektrode von der Pulveraufbereitung, der Herstellung von Siebdruckpasten, der Sinterung bis zur elektrochemischen Charakterisierung durchgeführt werden.

Ausbildung: Studium z.B. Werkstoff-/Materialwissenschaften, angewandte Physik, Maschinenbau o.ä.
Anstellung: 6 Monate als studentische Hilfskraft

Kontakt:
Dr. Norbert H. Menzler
Forschungszentrum Jülich
Institut für Energie- und Klimaforschung
Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1)

n.h.menzler@fz-juelich.de