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Lehrstuhl für Physikalische Chemie

Abgeschlossene Projekte

Hydrocell (Wasserstofferzeugung mit Feststoff-Oxid Elektrolyse Zellen)

Synopsis

Das Projekt beschäftigt sich mit der Entwicklung und Auslegung eines Hochtemperaturelektrolyse-Systems auf Basis von Festoxid-Zellen (Solid Oxide Electrolyser Cells, SOECs). Dabei wird sowohl die Schlüsselkomponente SOEC-Stack als auch die Umsetzung in eine komplette SOEC-Anlage untersucht.

Beteiligte Personen

  • Gesamtprojektleitung: Richard Schauperl (AVL List GmbH)

    • Leitung AP2: Werner Sitte
    • Projektmitarbeiter: Edith Bucher, Andreas Egger, Peter Gsaxner, Wolfgang Preis, Nina Schrödl, Werner Sitte

  • Kurzfasssung

Die heutigen Energiesysteme können nur sehr bedingt mit stochastisch auftretenden regenerativen Energiequellen (Wind, Sonne) umgehen, da die Stromproduktion nicht plan- bzw. vorhersagbar ist und die Speicherung allfälliger Überschussenergie bisher nur in sehr eingeschränktem Ausmaß möglich ist. Die Hochtemperaturelektrolyse bietet dabei einen sehr attraktiven Lösungsansatz für diese Problemstellung. Ausgehend von Wasser bzw. einem Wasser/CO2-Gemisch wird die regenerative Energie lokal direkt in Wasserstoff bzw. Synthesegas umgewandelt. H2 kann z.B. im Erdgasnetz gespeichert werden während Synthesegas die Möglichkeit der Weiterverarbeitung in beliebige Kraftstoffe bietet.

Im Projekt HydroCell wird ein neues Elektrolyseverfahren untersucht und in einem „Proof-of-Concept“-System realisiert. Kernkomponente ist ein Hochtemperatur-Elektrolysestack basierend auf Festoxid-Zellen (Solid Oxide Electrolyser Cells, SOECs). Die Hochtemperaturelektrolyse verspricht einen wesentlich höheren Wirkungsgrad von deutlich über 80% und niedrigere Kosten als konventionelle Verfahren.

  • Zeitraum: seit 2013

Re-oxidation kinetics of grain boundary regions in PTC ceramics

  • Kurzfassung

„Re-oxidation kinetics of grain boundary regions in PTC ceramics“ (COMET K2 Center MPPE): Development of a defect chemical model for optimisation of the electrical properties of PTC ceramics.

  • Beteiligte Personen

  • Projektleitung:  Werner Sitte, Gerhard Dehm
  • Projektmitarbeiter: Wolfgang Preis
  • Zeitraum: seit 2008

Methods for interface engineering

  • Synopsis

Bestimmung der elektrischen Eigenschaften sowie Charakterisierung der Struktur und Zusammensetzung von Korngrenzen in n-leitender BaTiO3 - Keramik in Kooperation mit dem Erich-Schmid-Institut, Leoben.

  • Beteiligte Personen

  • Projektleitung:  Werner Sitte, Gerhard Dehm
  • Projektmitarbeiter: Wolfgang Preis
  • Zeitraum: seit 2008

ELTSECCS (Ausdehnung der Lebensdauer von SOFC Elektrolyten, Kathoden, Zellen und Stacks)

  • Synopsis

Primäres Ziel des Projektes ist die Erhöhung der Lebensdauer von SOFC-Systemen durch Aufklärung der Degradationsmechanismen von Elektrolyt und Kathode sowie Analyse und Simulation der thermomechanischen Schädigung von Zellen und Stacks.

  •  Beteiligte Personen

    • Projektleitung: Ao.Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Preis
    • Projektmitarbeiter: Edith Bucher, Andreas Egger, Peter Gsaxner, Martin Perz , Nina Schrödl, Werner Sitte

  • Kurzbeschreibung

 Festoxidbrennstoffzellen (solid oxide fuel cells, SOFCs) bestehen aus porösen Elektroden (Kathode- bzw. Anode), welche durch einen gasdichten Elektrolyten separiert sind. Die chemische Energie des Brennstoffs (z.B. Wasserstoff, Methan, Biogas) kann direkt und mit sehr hohem Wirkungsgrad in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Degradation der Einzelkomponenten bzw. des gesamten Stacks stellt einen wesentlichen limitierenden Faktor für
die weltweite Markteinführung dieser Technologie dar. Das gegenständliche Projekt ist auf die Erforschung der Mechanismen der elektrolyt- bzw. kathodenseitigen Degradation sowie jener von Zellen und Stacks fokussiert.

Darüber hinaus werden neue Elektrolyt- bzw. Kathodenmaterialien mit verbesserten Eigenschaften, wie z.B. ionische Leitfähigkeit und Kinetik der Sauerstoffeinbaureaktion, sowie einer höheren Langzeitstabilität entwickelt. Ein weiteres wichtiges Ziel ist die systematische Analyse und Simulation thermomechanischer Schädigungen im Brennstoffzellen-Stack zur Optimierung der Stack-Geometrie und der Betriebsbedingungen.

 

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms „ NEUE ENERGIEN 2020“ durchgeführt.

KLI.EN

NE-IF: RELIVE-CAT

Zuverlässigkeit und Lebensdauererhöhung von SOFC-Kathoden

Kathodenmaterialien für die Festelektrolytbrennstoffzelle werden hinsichtlich deren Langzeitstabilität unter realen Betriebsbedingungen untersucht. Anhand der Schadensanalyse degradierter Kathoden sowie Zellen werden Modelle zur Zuverlässigkeitsanalyse und Testprozeduren zur Voraussage der Langzeitstabilität entwickelt, welche zur Validierung auf vielversprechende Kathodenmaterialien angewandt werden.

  • Projektleitung: Werner Sitte
  • Weitere Projektmitarbeiter: Edith Bucher, Andreas Egger, Wolfgang Preis, Peter Gsaxner
  • Start: 01.03.2010
  • Laufzeit: 3 Jahre
  • Kooperationspartner: AVL List GmbH Österreich, Forschungszentrum Jülich GmbH Deutschland

SOFC600

Demonstration of SOFC stack technology for operation at 600°C

Das Ziel des Integrierten Projekts SOFC600 ist die Spezifikation von Stack-Komponenten für den Betrieb von SOFC-Systemen bei 600°C. Die wichtigsten Vorteile einer Absenkung der gegenwärtigen Betriebstemperaturen (800-1000°C) auf ca. 600°C sind eine erhöhte Lebensdauer und wesentlich geringere Kosten des Systems. Es soll so die Markeinführung der sauberen und effizienten SOFC-Technologie für kombinierte Wärme- und Stromerzeugung in der Gesellschaft, wie auch als APU (Auxiliary Power Unit) für Transportapplikationen ermöglicht werden.

Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Entwicklung von Materialien bzw. Komponenten (Kathoden, Elektrolyte, Anoden) sowie Prozessen für deren kostengünstige Herstellung.

Weitere wichtige Forschungsthemen sind die Integration der Komponenten in Zellen bzw. der optimierte Aufbau der Stacks.

Details auf: http://www.sofc600.eu/

  • Operative Projektleitung: Werner Sitte
  • Operative Projektleiterin Bereich Kathoden:  Edith Bucher
  • Operative Projektleiter Bereich Elektrolyte:  Wolfgang Preis
  • Weitere Projektmitarbeiter: Min Yang, Andreas Egger, Jörg Waldhäusl, Peter Gsaxner

Optimization and Characterization of Electrolyte Materials for Solid Oxide Fuel Cells

Bestimmung der ionischen und elektronischen Leitfähigkeit von Gadolinium-dotiertem Ceroxid.

  • Operative Projektleitung: Wolfgang Preis
  • Zeitraum:  2006 – 2007
  • Kooperation: Materials Center Leoben

High Performance PTCs

Untersuchung der elektrischen Eigenschaften von Bulk und Korngrenzen von PTC Keramik in Kooperation mit Herrn Prof. R. Danzer (Institut für Struktur – und Funktionskeramik, Montanuniversität Leoben)

  • Operative Projektleitung: Werner Sitte
  • Projektmitarbeiter: Wolfgang Preis
  • Zeitraum: 2002-2005

KATOX

Kathodenmaterialien für die Hochtemperaturbrennstoffzelle: Struktur-Eigenschaftsbeziehungen am Modell dünner Oxidschichten

  • Projektleitung: Edith Bucher
  • Weitere Projektmitarbeiter: Werner Sitte, Peter Gsaxner, Martin Perz
  • Start: 01.05.2010
  • Laufzeit:  3 Jahre

Kathodenmaterialien für die Hochtemperaturbrennstoffzelle (SOFC) werden am Modell von dünnen Oxidschichten untersucht. Elektrochemische Messungen zur Defektchemie und Sauerstoffaustauschkinetik der dünnen Filme werden unter Variation der Mikrostruktur in einem weiten Schichtdickenbereich (Nanometer - Mikrometer) durchgeführt. Die Analyse der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen soll Richtlinien für das Design leistungsfähige Kathoden liefern – mit dem Ziel die Kommerzialisierung der energieeffizienten und umweltfreundlichen SOFC-Technologie bei reduzierten Temperaturen zu fördern.

Thermochemical Database Project

„Thermochemical Database Project“ der NEA / OECD: Erstellung einer thermodynamischen Datenbank aller anorganischen Nickelverbindungen.

  • Projektleitung: Heinz Gamsjäger
  • Weitere Projektmitarbeiter: Jerzy Bugajski, Thamas Gaida (Ungarn), Robert J. Lemire (Canada), Wolfgang Preis, Willis Forsling (Schweden)
  • Zeitraum:  1996 – 2004