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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Materialentwicklung

Die Entwicklung neuer, aber auch die Verbesserung bekannter Materialien für Festoxid-Brennstoffzellen, Wärmedämmschichten, Gastrennmembrane und Batterien beginnt bei der Synthese durch Sprühpyrolyse und Sprühtrocknung (wässrige und alkoholische Systeme), mit Hilfe der sogenannten Pechini-Methode oder Sol-Gel-Verfahren.

Nach Herstellung eines Rohpulvers kann dann durch gezielte Temperaturbehandlung und Pulveraufarbeitung ein optimiertes Pulver für die jeweilige Anwendung oder Verarbeitungsmethode bereitgestellt werden. Die vorhandene Ausstattung der Sprühpyrolyse bzw. Sprühtrocknung eignet sich für Pulvermengen von 1- 10 kg. Kleinere Mengen werden üblicherweise über die Pechini-Methode oder Sol-Gel-Verfahren hergestellt.

Für die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) werden hauptsächlich Kathoden- und Kontaktschichtmaterialien synthetisiert. Beispiele sind Lanthan-Strontium-Manganit (LSM), Lanthan-Strontium-Eisen-Kobaltit (LSCF) und Kontaktschicht-Perowskite. Verwendete Sole basieren auf Zirkonium- und Ceroxid.

Neue Wärmedämmschichtmaterialien wie z.B. Pyrochlor, Perowskite und Aluminate werden typischerweise über Festkörperreaktionen synthetisiert. Zur Verarbeitung der Werkstoffe über thermische Spritzverfahren werden die synthetisierten Pulver über Sprühtrocknungsprozesse zu rieselfähigen Granulaten verarbeitet.

Für Sauerstoffionenleiter und Wasserstoffionenleiter werden bei Membranentwicklungen im Wesentlichen Materialien mit Perowskitstruktur oder Fluoritstruktur eingesetzt. Diese Materialien müssen neben der ionischen Leitfähigkeit auch eine elektronische Leitfähigkeit aufweisen.

Alle oxidischen Batteriematerialien, sowohl für Elektroden als auch Elektrolyte, können mit Hilfe der oben genannten Synthesemethoden hergestellt werden. Je nach Verwendung können diese Materialien als nano- oder mikroskalige Pulver zum Einsatz kommen. Thermische Behandlungen in reduzierender Atmosphäre garantieren die richtige Phasenbildung von Oxiden mit niedervalenten Übergangsmetallen.



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