Mechanismus der Elektrooxidation von Reformatgasen an SOFC-Modellanoden

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Das wirtschaftliche und technologische Potenzial der Festoxid-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) liegt in ihrem hohen elektrischen Wirkungsgrad bei der Umsetzung von kohlenmonoxidhaltigen Reformatgasen und Kohlenwasserstoffen. Dies stellt besondere Anforderungen an die Anode, die als Katalysator nicht nur für die Elektrooxidation verschiedener Spezies (Wasserstoff, Kohlenmonoxid), sondern auch für Reformierungs- und Shiftreaktionen dient. Die Elementarkinetik der anodischen Prozesse an der Dreiphasengrenze ist jedoch weitgehend unverstanden. Ziel des vorliegenden interdisziplinären Gemeinschaftsantrags ist die mechanistische Aufklärung der Elektrooxidation von Reformatgasmischungen. Gegenstand der Untersuchungen sind Modellanoden der Zusammensetzung Nickel / Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (Ni/YSZ) und Nickel / Gadolinium-dotiertes Ceroxid (Ni/CGO). Dabei kommen die folgenden komplementären Methoden zum Einsatz: (1) Herstellung und mikrostrukturelle Charakterisierung (LEM Karlsruhe), (2) elektrochemische Charakterisierung unter variablen Betriebsbedingungen (IWE Karlsruhe), (3) in situ laserspektroskopische Oberflächendiagnostik (PCI Heidelberg), und (4) elementarkinetische Modellierung und elektrochemische Simulation (IWR Heidelberg). Die erstmalige kombinierte Anwendung dieser Methoden auf einheitliche, definierte Modellanoden wird wesentlich zum Verständnis der Elektrooxidation auch in technischen Anodenstrukturen beitragen.