Protonenleitende Materialien sind wichtig
Unter den möglichen Protonen leitenden Materialien für SOFC haben Barium-Zirkonat-Verbindungen erhebliche Aufmerksamkeit erhalten. Dieser Festoxid-Protonenleiter bietet eine ausgezeichnete chemische Stabilität und eine hohe Leitfähigkeit, insbesondere im Zwischentemperaturbereich, der auf einen kosteneffektiven SOFC-Betrieb abzielt. Allerdings bleiben grundlegende Fragen hinsichtlich seiner makroskopischen Protonentransportmechanismen offen. Die Wirkung der Dotierungsatome, lokale Chemie und Struktur erschweren die Beschreibung der Protonenleitfähigkeit und ist selbst für die einfachsten Systeme immer noch nicht verstanden. Aus diesem Grund verfolgte das EU-finanzierte Projekt PROTONICS (Mechanistic aspects of protons in hard materials for clean energy applications) das Ziel, das Verständnis für das Verhalten von Protonen in den vielversprechendsten Protonenleitern auf Barium-Zirkonatbasis voranzubringen. Die wichtigsten Werkzeuge, die zu diesem Zweck verwendet wurden, umfassten eine Reihe von unterschiedlichen experimentellen Techniken wie Neutronenstreuung und optische und Lumineszenzspektroskopie. Zu den Beispielen für spezielle Untersuchungen gehören die Messung von Lumineszenz-Spektren und Zerfallskurven von hydrierten Proben von Yttrium-dotiertem Barium-Zirkonat, welche Informationen über die wichtige lokale Struktur der Materialien lieferten. Dies wurde durch Untersuchungen der Protonendynamik unter Anwendung von Streuungsverfahren vervollständigt und über eine Kombination der Ergebnisse der verschiedenen Untersuchungsarten wurde ein detaillierteres Bild des Protonenleitmechanismus entwickelt. Derartige Kenntnisse sind von höchster Bedeutung, um neue protonenleitende Oxide zu entwickeln, deren Leitfähigkeit den neuesten Stand der Technik übertrifft und für zukünftige Durchbrüche bei der Entwicklung von umweltfreundlichen SOFC der nächsten Generation, die auf protonenleitenden Oxiden basieren, entscheidend. Eine aktuelles zentrales wissenschaftliches Ergebnis war die Aufklärung der Nahbereichs-Struktur und Dehydrationsmechanismen des Protonen leitenden Oxids Ba2In2O5. Dies wurde mit einer Kombination von Neutronenstreuung und Schwingungsspektroskopie realisiert, wobei die Ergebnisse in zwei Publikationen veröffentlicht wurden. Ein weiteres wichtiges Ergebnis war die Beobachtungen von Drehbewegungen SiH3-Ionen in den beiden Silanid-Materialien KSiH3 und RbSiH3 mithilfe von quasi-elastischer Neutronenstreuung.
Schlüsselbegriffe
Protonen leitende Materialien, Festoxid-Brennstoffzellen, SOFC, Barium-Zirkonat, PROTONICS, Neutronenstreuung
