Investigation of the Cathodic Polarization Mechanisms in SOFCs and Calculation of the Relationship between Electrode Morphology and Cell Perfomance

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Die geometrischen und mikrostrukturellen Parameter von Kathode, Elektrolyt und Kathoden/Elektrolyt-Grenzfläche spielen eine große Rolle für die elektrischen Verluste von Dünnschicht-Hochtemperaturbrennstoffzellen. Die für die Verluste relevanten kinetischen Größen und Materialparameter sollen experimentell bestimmt und daraus die elektrochemischen Betriebseigenschaften bei verschiedenen geometrischen Verhältnissen modelliert werden. Ziel hierbei ist es, Konzepte zu entwickeln, um durch optimale Geometrien und Mikrostrukturen die Betriebseigenschaften der Dünnschicht-Brennstoffzellen zu verbessern.Wesentlich hierfür sind die Bestimmung der elektrochemisch aktiven Elektrolytoberfläche (Breite der Drei-Phasen-Grenze), Untersuchung zur Elektrodenkinetik sowie die Messung der Transporteigenschaften in LaMnO3. Mit Hilfe der Mikrokontakt-Impedanzspektroskopie wird dabei der Einfluß der Elektrodengeometrie auf die elektrischen Betriebseigenschaften an dichten, mit Hilfe von Laserablation hergestellten LaMnO3-Mikroelektroden (10-100 µm] gemessen. Zur Auswertung der Experimente und zur Modellierung des Einflusses verschiedener geometrischer Parameter auf die elektrischen Verluste werden dreidimensionale Finite-Elemente-Rechnungen durchgeführt, die schließlich Vorhersagen bezüglich optimaler Geometrien erlauben.