Schneller Ionentransport in scandiumstabilisiertem Zirkoniumdioxid

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Dotiert man Zirkoniumdioxid mit Scandiumoxid, so erhält man die höchsten bisher bekannten Sauerstoffionenleitfähigkeiten in Zirkonoxidkeramiken. Dieser Effekt macht kubisches ScSZ zu einem vielversprechenden Kandidaten als Festelektrolyt in Brennstoffzellen. Bei mittleren und hohen Stabilisatorgehalten treten dabei neue, bei anderen ZrO2-Keramiken nicht bekannte rhomboedrische Phasen mit geringerer Leitfähigkeit auf. Deren Auftreten kann durch Zusatz von geringen Mengen an ternären Oxiden unterdrückt oder, gegebenenfalls, auch verstärkt werden. Es ist das Ziel dieses Antrags, die schnellen ionischen Transporteigenschaften in verschiedenen ScSZ-Keramiken zu untersuchen. Dazu sollen Tracer-Diffusionsexperimente und komplementär Leitfähigkeitsuntersuchungen durchgeführt werden. Tracerdiffusionsexperimente, die in-situ begleitend zu den Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt werden, sollen es erlauben, genauere Aussagen zum Transportmechanismus in ScSZ als Funktion der (lokalen) Struktur zu erhalten. Im Hinblick auf die Anforderungen der umweltfreundlichen Energieumwandlung mittels Brennstoffzellen hat das Vorhaben damit neben seiner grundsätzlichen Bedeutung auch technisch-wirtschaftliche Relevanz.