Investigation of surface reactions on novel SOFC cathode materials by in-situ photoelectron spectroscopy
Final Report Abstract
Das Forschungsprojekt wurde am Massachusetts Institute of Technology (MIT) bearbeitet. Als Motivation des Projekts dient die Entdeckung der beschleunigten Sauerstoffaustauschreaktion an einer Grenzflache zwischen dem Perovskit La1-xSrxCoO3 und der Ruddlesden-Popper Phase (La,Sr)2CoO4. Ziel des Projektes war die Klärung, ob dieser Effekt auch an der Grenzfläche von anderen Perovskiten und Ruddlesden-Popper Phasen auftritt, insbesondere solchen mit verschiedenen Kationen, und gleichzeitig neue Erkenntnisse über den Mechanismus der Austauschreaktion zu erlangen. Die zentrale Methode hierfür ist die in-situ röntgeninduzierte Photoelektronenspektroskopie, durchgeführt an Synchrotronstrahlungseinrichtungen. Aufgrund seiner Kürze kam das Projekt an vielen Stellen zu keinen grundlegend neuen Erkenntnissen. Aus den wenigen Experimenten, die am Synchrotron durchgeführt werden konnten, geht jedoch hervor, dass die verfolgte Strategie durchaus erfolgversprechend ist. Mit Hilfe von resonanter Photoelektronenspektroskopie konnte der Transfer von Ladungsträgern vom metallischen La0.8Sr0.2CoO3-δ zum halbleitenden Nd2NiO4+δ an Modellsystemen nachgewiesen werden. Damit einher geht eine Verschiebung des Fermi-Niveaus, was etwa beim Ladungstransfer zu adsorbierten Sauerstoffmolekülen eine große Rolle spielt. Erste Untersuchungen mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie und Relaxationsmessungen der Leitfähigkeit deuten jedoch nicht auf eine erhöhte Sauerstoffaustauschrate hin, verglichen mit La0.gSr0.2CoO3-δ. Hier bedarf es allerdings der Klärung, ob dies durch die Materialien oder die Herstellungsbedingungen begründet ist.
