Untersuchung der Oberflächenreaktionen von neuartigen SOFC-Kathodenmaterialien durch in situ- Photoelektronenspektroskopie

• Antragsteller: Dr. Christian Lenser
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256802336

Oxidkeramische Brennstoffzellen (SOFC) sind ein wichtiger Kandidat als hocheffiziente Energiequellen für eine saubere und nachhaltige Energieversorgung. Die hohen Betriebstemperaturen (500 - 1000°C) machen SOFC zu kombinierten Wärme-Energie-Quellen (CHP) und damit zu dem idealen Grundstein für eine dezentrale Energieversorgung, was mit kleineren Transportverlusten und einer erhöhten Versorgungsflexibilität assoziiert wird. Einer der größten Vorteile der SOFC ist die Flexibilität hinsichtlich des Brennstoffes, da die Brennstoffzelle nicht auf Wasserstoff limitiert ist, sondern auch Energie aus Kohlenwasserstoffen erzeugen kann. Im Vergleich zur Verbrennung ist die Effizienz deutlich höher, und die Entstehung von Abgasen stark reduziert. Weiterhin ist die Technologie auch aus ökologischer Sicht interessant, da die direkte Umwandlung von fossilen Brennstoffen in elektrische Energie durch eine chemische Reaktion mit der Entstehung von deutlich weniger Treibhausgasen verbunden ist.Um die SOFC Leistung noch zu verbessern, ist das Verständnis der atomistischen Prozesse der Sauerstoffreduktion und des Sauerstofftransportes in der Kathode von zentraler Bedeutung, da hier oft der Flaschenhals der Brennstoffzelle liegt.Das vorgeschlagene Forschungsprojekt ist daher auf der Untersuchung der Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) auf der Oberfläche von Kathodenmaterialien fokussiert, mit dem Ziel den Prozess auf der molekularen Ebene zu verstehen. Zusätzlich zur Untersuchung des geschwindigkeitsbestimmenden Reaktionsschrittes sollen neuartige Phänomene an der Grenzfläche zwischen ungleichen Oxiden mit Hilfe von Photoelektronenspektroskopie unter atmosphärischen Bedingungen (APPES) in-situ untersucht werden. Es wird erwartet, dass das vorgeschlagene Forschungsprojekt signifikant zum Verständnis der beschleunigten Sauerstoffreduktion an Hetero-Grenzflächen von Kathoden und den atomistischen Vorgängen während der Sauerstoffreduktionsreaktion beitragen wird. Ein solches Verständnis ist essentiell, um die Leistung von SOFCs zu verbessern und für längere Lebensdauer und verbesserte Ökonomie zu sorgen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Bilge Yildiz, Ph.D.