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Lehrstuhl für Physikalische Chemie

ProTec (Selbstorganisierte protonenleitende Komposite für zukünftige Energietechnologien)

Synopsis

Im Projekt "ProTec" arbeitet der Lehrstuhl für Physikalische Chemie der Montanuniversität Leoben gemeinsam mit dem Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz und dem Max-Planck-Institut für Festkörperforschung Stuttgart an der Synthese und grundlegenden Charakterisierung protonen- und elektronenleitender Komposite für zukünftige Energietechnologien

Zeitraum: 01.09.2019 - 31.08.2022

Beteiligte Personen

Projektleitung: Assoz.Prof. DI Dr. Edith Bucher

Projektmitarbeiter*innen: Christina Nader, Andreas Egger, Werner Sitte

Projektpartner

  • Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz

  • Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

Kurzfassung

Ziel des Projektes ProTec ist die Synthese von protonenleitenden Kompositen und die Erforschung von deren grundlegenden Materialeigenschaften. Neue Energiematerialien auf Basis von gemischt protonen-, sauerstoffionen- und elektronenleitenden Keramiken (engl. triple conducting oxides, TCOs) bieten vielversprechende zukünftige Anwendungsmöglichkeiten in protonischen Festelektrolytbrennstoffzellen (PCFCs) und -elektrolysezellen (PCECs) oder Membranen zur Wasserstoffseparation. Diese Technologien sind allerdings von der kommerziellen Umsetzung noch weit entfernt, was in erster Linie auf einem Forschungsdefizit im Bereich der grundlegenden Masse- und Ladungstransporteigenschaften und der Defektchemie beruht.

Im Rahmen von ProTec sollen TCO-Komposite synthetisiert und charakterisiert werden. Angestrebt wird ein tieferes Verständnis der Masse- und Ladungstransporteigenschaften, der Defektchemie und der Mechanismen der Protonenaufnahme bzw. Sauerstoffreduktion in selbstorganisierten keramischen Kompositen. Auf dieser Basis werden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen abgeleitet, welche Empfehlungen für Strukturen und Zusammensetzungen von neuen protonenleitenden Kompositen mit optimierten Eigenschaften für zukünftige Energietechnologien erlauben sollen.

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Energieforschungsprogramms 2018 durchgeführt.

Projekt-Website: https://www.energieforschung.at/projekte/1050/selbst-organisierte-protonenleitende-komposite-fuer-zukuenftige-energietechnologien


ReFoxEnergie (Reversible Festoxidzellen für elektrochemische Energieumwandlung und -speicherung)

Synopsis

Im Projekt „ReFoxEnergie“ beschäftigen sich die Montanuniversität Leoben (Lehrstuhl für Physikalische Chemie) und die Technische Universität Graz (Institut für Wärmetechnik) mit der nachhaltigen und effizienten Energieumwandlung und ‑speicherung in Hochtemperaturbrennstoffzellen und Hochtemperaturelektrolysezellen. Im Speziellen wird die Reversible Festoxidzelle (RSOC) erforscht, welche je nach Bedarf mit hohem Wirkungsgrad entweder chemische Energie (z.B. in Form von Wasserstoff, Erdgas, Alkoholen oder Diesel) in elektrische Energie umwandelt oder Strom in Form von Wasserstoff, Synthesegas oder – mit nachgeschalteter Methanisierung – Methan speichert. Ziel ist ein tieferes Verständnis der elektrochemischen Vorgänge und Degradationsmechanismen von RSOCs, um die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit für zukünftige Anwendungen zu erhöhen.

Zeitraum: 03.2018 - 02.2022

Beteiligte Personen

Projektleitung: Assoz.Prof. DI Dr. Edith Bucher

Projektmitarbeiter: Andreas Egger, Sarah Eisbacher-Lubensky, Werner Sitte

Projektpartner

  • TU Graz (Institut für Wärmetechnik)

Kurzfassung

Das Projekt "ReFoxEnergie" beschäftigt sich mit den Zukunftstechnologien Hochtemperaturbrennstoffzelle (SOFC - Solid Oxide Fuel Cell) und Hochtemperaturelektrolysezelle (SOEC - Solid Oxide Electrolysis Cell) für die nachhaltige Bereitstellung und Speicherung von umweltfreundlicher Energie mit hohem Wirkungsgrad. Dabei soll speziell die innovative Kombination von SOFC und SOEC in einer Reversiblen Festoxidzelle (RSOC - Reversible Solid Oxide Cell) erforscht werden, welche je nach Bedarf entweder gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandelt (Brennstoffzellenbetrieb) oder umgekehrt Strom in Form von chemischer Energie speichert (Elektrolysebetrieb). Die Kombination der beiden Technologien in einem System ist ein enormer Vorteil, da der Wechsel vom SOFC- in den SOEC-Betrieb kurzfristig möglich ist. Der äußerst hohe Wirkungsgrad des RSOC-Systems und die Tatsache, dass neben reinem Wasserstoff auch Synthesegas und kommerzielle Energieträger (Erdgas, Alkohole, Diesel etc.) als Brennstoffe eingesetzt werden können, ist ein bedeutender Vorteil gegenüber anderen Brennstoffzellentypen, welche meist auf hochreinen Wasserstoff angewiesen sind und nur entweder im Brennstoffzellen- oder im Elektrolysemodus betrieben werden können. Weltweit gibt es zu Reversiblen Festoxidzellen bislang nur wenige Untersuchungen.

Insbesondere um die Effizienz und Langlebigkeit und damit die Nachhaltigkeit dieses kombinierten SOFC/SOEC-Systems zu verbessern, sind noch umfangreiche Forschungsarbeiten im Grundlagenbereich erforderlich. Speziell im reversiblen Betrieb des RSOC-Systems stellen sich neue und zusätzliche Herausforderungen an Materialentwicklung, Prüfaufbauten, Messdatenerfassung und  -analyse, welche im Projekt adressiert werden sollen. Durch den reversiblen Betrieb von SOFC/SOEC-Zellen im RSOC-Modus ist die Langzeitstabilität unter anwendungsnahen Bedingungen ein besonders kritisches Thema, welches bislang die großflächige Markteinführung dieser effizienten und umweltfreundlichen Energietechnologie verzögert. Eines der wichtigsten Projektziele ist daher, ein tieferes Verständnis für die chemischen und elektrochemischen Vorgänge der Zelldegradation aufzubauen und damit Lösungsansätze zu deren Vermeidung bzw. für die Regeneration von Zellen zu entwickeln.

Dieses Projekt wird vom Land Steiermark aus Mitteln des Zukunftsfonds Steiermark gefördert.


HYDROMETHA (Development of a stationary electricity storage system via high temperature co-electrolysis and catalytic methanation)

Synopsis

Ein vollintegriertes CO 2+H 2O Hochtemperatur-Koelektrolysesystem (Co-SOEC) mit katalytischer Methanisierung wird entwickelt und in Form eines 10kW el Funktionsträgers getestet. 

Zeitraum: 01.2018 -

Beteiligte Personen

Projektleitung: DI Richard Schauperl (AVL)

Teilprojektleitung MUL-PC: Univ.-Prof. Dr. Werner Sitte

Projektmitarbeiter: Andreas Egger, Sarah Eisbacher-Lubensky, Edith Bucher

Projektpartner

  • AVL-List GmbH
  • Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes
  • Fraunhofer IKTS Dresden (DE)
  • Energieinstitut an der JKU Linz
  • Prozess Optimal CAP GmbH
  • Externe Partner (per LOI): OMV, RAG, EVN, voestalpine, K1-MET 

Kurzfassung

Die unter dem Überbegriff Power-to-Gas (PtG) bekannten Verfahren stellen Schlüsseltechnologien für die Energiespeicherung in CO 2-reduzierten Energieversorgungssystemen mit hohem Anteil stark schwankender, regenerativer Stromquellen wie Wind- und Solarenergie dar. Dabei wird erneuerbarer Strom in chemischen Energieträgern - typischerweise Wasserstoff oder Methan - gespeichert. Diese können dann als CO 2-neutraler Brennstoff verwendet oder bei Bedarf wieder rückverstromt werden. Ein wesentlicher Vorteil von Methan gegenüber Wasserstoff liegt u.a. in der bereits großflächig verfügbaren Infrastruktur, da Methan ohne Einschränkungen in das bestehende Erdgasnetz gespeist, in gasbefeuerten Kraftwerken sowie in Erdgas-Fahrzeugen als Treibstoff verwendet werden kann. Das Leitprojekt HYDROMETHA ist ein horizontal und vertikal stark integriertes Vorhaben bestehend aus einem industriellen Entwicklungsdienstleister (AVL, Koordinator), einem Brennstoffzellenkomponentenhersteller (Plansee), Forschungseinrichtungen (Energieinstitut der JKU, Fraunhofer IKTS und Montanuniversität Leoben) und den österreichischen Kleinunternehmen Repotec und Prozess Optimal. Es wird zentral über eine Spezifikationsdefinition gestartet und führt dann in parallele Aktivitäten zur Entwicklung der zentralen Kerntechnologien CO 2+H 2O Ko-Elektrolyse mit Festoxidzellen (Co-SOEC) und der katalytischen Methanisierung. In Folge werden diese zwei Kerntechnologien im Labormaßstab in einem 10kW el Gesamtsystem als Funktionsträger gekoppelt und experimentell auf Systemebene am Prüfstand validiert.

Der Funktionsträger soll folgende Ziele erreichen:

  • Hocheffiziente CO 2-Senke durch Umwandlung von CO 2 + H 2O in der entwickelten Co-SOEC Brennstoffzelle in H 2 und CO mit einem Wirkungsgrad von >90%
  • Steigerung des elektrischen Gesamtwirkungsgrades des Co-SOEC Systems mit  Methanisierung, verglichen mit Niedertemperatur-PEM-Elektrolyseuren um >30%
  • Erhöhung der Leistungsdichte an der Co-SOEC Zelle um >100%
  • Dynamischer Betrieb der Methanisierung im Lastbereich von 20 bis 120%
  • Essentiell verbessertes Wärmemanagement im Vergleich zu Systemen ohne Co-SOEC und damit eine Reduzierung der Wärmeverluste um >50%

Eine zusätzliche zentrale Motivation für das Projekt ist die Etablierung einer nationalen/europäischen Wertschöpfungskette für die Co-SOEC Technologie. Die Teilnahme von fünf namhaften assoziierten>Industrialisierungspartnern am Vorhaben unterstreicht nicht nur die hohe wirtschaftliche und ökologische Relevanz dieses Projektes, sondern stellt bereits im frühen Forschungsstadium eine zielgerichtete Entwicklung in Richtung Markt- und Industriespezifikationen sicher. Weiters betont die Teilnahme das Potential dieser Technologie zur Implementierung von nachhaltigen nationalen und internationalen Energiesystemen. Bei positivem Projektabschluss ist eine Beteiligung der OMV, RAG, EVN, voestalpine und K1-MET für den Aufbau einer größeren Pilotanlage geplant.

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Energieforschungsprogramms 2016 durchgeführt.

Projekt-Wesite: https://www.energieforschung.at/projekte/1109/development-of-a-stationary-electricity-storage-system-via-high-temperature-co-electrolysis-and-catalytic-methanation


SOFC-SALT (Solid Oxide Fuel Cell – Stationary Accelerated Life Testing)

Synopsis

Es sollen experimentelle Daten für die Schädigungsrechnung von SOFC-Zellen und –Stacks unter verschiedenen, anwendungsnahen Testbedingungen generiert werden. Mittels (Weiter-) Entwicklung und Einsatz von Simulationstools, Mess- und Testsystemen sollen grundlegende, neue Daten erarbeitet werden, welche die Abschätzung von sinnvollen Raffungsfaktoren für eine Reihe von wichtigen Fehlermoden im stationären SOFC-Betrieb ermöglichen.

Zeitraum: 11.2016 - 08.2021

Beteiligte Personen

Projektleitung: Dr. Vincent Lawlor (AVL)

Teilprojektleitung MUL: Assoz.Prof. Dr. Edith Bucher

Projektpartner

  • AVL-List GmbH
  • TU Graz (Institut für Wärmetechnik)
  • Externer Partner (per LOI): Fraunhofer IKTS Dresden (DE)

Kurzfassung

Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFCs) stellen eine effektive und nachhaltige Technologie zur Reduktion der österreichischen CO2-Emissionen und zur Deckung des Energiebedarfs dar. Im Rahmen der Technologieentwicklung zur stationären Nutzung von SOFC-Systemen ist jedoch insbesondere die Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit ein kritisches und ungelöstes Problem, welches die breite Markteinführung bislang verhindert hat. Systemintegrierern steht derzeit keine Möglichkeit zur Qualifizierung der SOFC-Stack-Zuverlässigkeit und –Lebensdauer zur Verfügung. Das Konsortium ist der Überzeugung, dass in dieser Hinsicht großer Forschungsbedarf zu neuen Methoden der Zuverlässigkeits- und Lebensdaueranalyse besteht. Im beantragten Forschungsprojekt soll eine neue Methodik entwickelt werden, welche anhand von aussagekräftigen Raffungsfaktoren eine statistische Qualifizierung der wichtigsten Fehlermoden von stationär betriebenen SOFC-Stacks ermöglicht.

Zu diesem Zweck werden im Rahmen des Projektes experimentelle Daten für die Schädigung von SOFC-Komponenten, -Zellen und -Stacks unter verschiedenen, anwendungsnahen Testbedingungen generiert. Mittels (Weiter-) Entwicklung und Einsatz von Simulationstools, Mess- und Testsystemen sollen grundlegende, neue Daten erhalten werden, welche die Abschätzung von sinnvollen Raffungsfaktoren für eine Reihe von wichtigen Fehlermoden im stationären SOFC-Betrieb ermöglichen. Grundlagenforschung seitens der universitären Partner stellt einen essentiellen Faktor zur Erreichung dieses Ziels dar. Die Montanuniversität Leoben wird experimentelle, grundlagenorientierte Untersuchungen zur Langzeitdegradation von SOFC-Kathoden und Kathoden-Elektrolyt-Interfaces durchführen und das Konsortium durch die Lieferung von elektrochemischen und kinetische Messergebnissen und post mortem Untersuchungen unterstützen. An der TU Graz werden Tests durchgeführt, welche neue Daten zur Stabilität von Zellen/Stacks gegen (kombinierte) Vergiftungsreaktionen und mechanische Belastung unter anwendungsnahen Bedingungen liefern. IKTS wird Unterstützung bei der Beschaffung der SOFC Hardware leisten und wie im LOI (s. Anhang) dargestellt kooperieren.

Basierend auf diesen Forschungsaktivitäten wird AVL die gewonnenen Daten/Erkenntnisse in die Entwicklung der Zuverlässigkeits- und Lebensdaueranalysetools einfließen lassen. Diese auf physikalischen und ingenieurwissenschaftlichen Prinzipien basierte Methodik soll durch einen „proof-of-concept“ Zuverlässigkeits- und Lebensdauertest validiert werden. Die Methodik zur elektrochemischen Systemüberwachung und –diagnose soll schlussendlich zu praktischen und kosteneffektiven Verbesserungen im Bereich der Lebensdauer und Zuverlässigkeit von stationären SOFC-Systemen beitragen.

Dieses  Projekt  wird  aus  Mitteln  des  Klima- und  Energiefonds gefördert  und  im  Rahmen  des Energieforschungsprogramms 2015 durchgeführt.


Hydrovation (Lehrgang über Herstellung, Speicherung und Anwendung von Wasserstoff)

Synopsis

In Österreich gibt es keine tiefergehende Ausbildung, die Wissen über die Herstellung, Speicherung und Anwendung von Wasserstoff und Zukunftschancen von Wasserstofftechnologien lehrt. Bestehende und neue Wasserstofftechnologien haben das Potential, CO2 freie Stahlerzeugung und Mobilität zu ermöglichen, die Erderwärmung zu stoppen und nahezu den gesamten Energiebedarf aus erneuerbarer Wind- / Sonnenenergie zu decken. Ziel des Projektes war es, mit Professoren der Montanuniversität und der TU Graz, sowie Experten aus Forschungszentren und der einschlägigen Industrie, eine zertifizierte Ausbildung für Unternehmen zu entwickeln und durchzuführen.

Zeitraum: 01.2017 - 12.2018

Gesamtprojektleitung: ASMET (The Austrian Society for Metallurgy and Materials)

Projektmitarbeiter: Assoz.Prof. Dr. Edith Bucher, Univ.Prof. Dr. Werner Sitte, Dr. Andreas Egger

Projektpartner

  • Montanuniversität Leoben
  • TU Graz
  • synergesis consult.ing, Ing. Herbert Wancura
  • Fronius International GmbH
  • Railway Competence and Certification GmbH
  • K1 met GmbH
  • T-Matix Solutions GmbH
  • ACstyria Autocluster GmbH
  • Q-Punkt
  • Mettop GmbH
  • HyCentA Research GmbH
  • voestalpine Stahl Donawitz GmbH
  • Böhler Bleche GmbH
  • FH Wels
  • MAGNA Steyr Engineering AG & Co. KG

Kurzfassung

Eine praxisgerechte Gesamtausbildung zur umfassenden Befassung mit dem Zukunftsthema Wasserstoff besteht in Österreich derzeit noch nicht. Die Austrian Society for Metallurgy and Materials (ASMET) nimmt daher an der 3. Ausschreibung zu Qualifizierungsnetzwerke (fördernde Stelle: Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft – FFG) teil. Erstes Ziel ist es, einen Qualifizierungsverbund zum Thema Hydrovation zu initiieren. Das Konsortium umfasst neben der ASMET Unternehmen und Hochschulen.

Die MitarbeiterInnen und Führungskräfte der an der Qualifizierungsmaßnahme beteiligten Klein-, Mittelunternehmen und Großunternehmen verfügen über eine Basisausbildung im Bereich Werkstoffe, Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Fertigungstechnik etc., haben aber keine tiefergehende Ausbildung im Bereich Wasserstofftechnologien.

Ziel ist die Gestaltung eines umfassenden Lehrganges zum Thema Wasserstofftechnologie – Grundlagen und Anwendung – in 3 miteinander vernetzten Hauptblöcken, entsprechenden Querschnittsthemen und interaktiver, praktisch untermauerter Durchführung. Im Vordergrund stehen die Hauptblöcke:

  • Innovative Wasserstofferzeugung (PEM-Elektrolyse und Hochtemperatur-Elektrolyse)
  • Speicherung von Wasserstoff (im Energiesystem und für Mobilitätsanwendungen)
  • Wasserstoff in der Anwendung (Mobilität, Metallurgie und Chemie)

Als Querschnittsthemen, die in allen 3 Hauptblöcken relevant sind, werden wasserstoffbezogene Sicherheits- und Werkstoffthemen behandelt. Die Qualifizierungsmaßnahme wird von Professoren und Dozenten der Montanuniversität, TU Graz, sowie von einschlägigen hoch qualifizierten Führungskräften/ExpertInnen aus der Industrie unter Mitwirkung der TeilnehmerInnen aus den Unternehmen konzipiert.

Die Qualifizierung umfasst 15 theoretische Einheiten und 4 praktische Einheiten / Exkursionen á 1 Tag. Die theoretischen Einheiten werden als Vortragseinheiten konzipiert, in deren Rahmen die TeilnehmerInnen durch interaktive Diskussion eingebunden werden (Diskussion von Fallbeispielen, Lösungsansätze etc.). Die praktischen Einheiten werden in Kleingruppen in Labors der Montanuniversität und TU Graz abgehalten.

Im Lehrgang werden Theorie und Praxis miteinander vernetzt, mit dem Ziel zukünftige Gesamtsysteme des Einsatzes von Wasserstoff aufzuzeigen.

Dem Projektteam ist es ein Anliegen, in diesem Qualifizierungsnetzwerk das Thema Geschlecht über die Vorgaben der FFG hinausgehend zu integrieren und ein umfassendes Lernen zu ermöglichen.

Dieses Projekt wurde von der Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) / Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort im Rahmen des Programms „Qualifizierungsnetze - 3. Ausschreibung“ gefördert.


 

SENTECH (Seltenerdnickelate für zukünftige Energietechnologien)

Synopsis

Ziel des Projektes ist das detaillierte Verständnis des Masse- und Ladungstransportes, der Defektchemie, sowie des Sauerstoff-/Wasserstoffaustausches in neuen, substituierten Seltenerdnickelaten im Hinblick auf deren Anwendung in zukünftigen Energietechnologien.

Zeitraum: 03.2016 - 08.2019

Beteiligte Person

Projektleitung: Assoz.Prof. Dr. Edith Bucher

Projektmitarbeiter: Christian Berger, Andreas Egger, Peter Gsaxner, Nina Schrödl, Werner Sitte 

Projektpartner

  •  Zentrum für Elektronenmikroskopie, Graz
  •  Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

Kurzfassung

Oxidkeramiken mit hoher Sauerstoff- und Wasserstoffionenleitfähigkeit, hoher elektronischer Leitfähigkeit und hoher katalytischer Aktivität bieten eine Reihe von zukünftigen Anwendungsmöglichkeiten im Energiebereich, wie z.B. Elektroden in Hochtemperaturbrennstoff- und -elektrolysezellen, keramische Membranen zur selektiven Sauerstoff- oder Wasserstofftrennung, elektrochemische Sauerstoff- bzw. Wasserstoffsensoren und heterogene Katalysatoren. Seltenerdnickelate An+1BnO 3n+1 (A = La, Pr, Nd; B = Ni; n = 1,2,3 etc.) besitzen eine der höchsten derzeit bekannten Diffusivitäten und ionischen Leitfähigkeiten für Sauerstoff bei gleichzeitiger guter elektronischer Leitfähigkeit. Durch Substitution dieser Verbindungen auf dem A- und B-Gitterplatz bietet sich die Möglichkeit, deren Materialeigenschaften gezielt zu variieren. Bedingung hierfür ist allerdings ein tiefergehendes Verständnis der Masse- und Ladungstransporteigenschaften, Defektchemie und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen der neuen Verbindungen, welche noch wenig erforscht sind. Besonders über die vermutete Protonenleitfähigkeit in diesen Materialien gibt es kaum Untersuchungen.

Im gegenständlichen Projekt sollen auf Basis strukturchemischer Überlegungen vielversprechende neue Zusammensetzungen von A- und B-Platz substituierten Seltenerdnickelaten hergestellt und hinsichtlich Struktur-Eigenschaftsbeziehungen charakterisiert werden. MUL konzentriert sich dabei auf die Synthese der Materialien und deren Charakterisierung hinsichtlich Phasenreinheit, Sauerstoffnichtstöchiometrie, Sauerstoffaustauschkinetik und ionischer bzw. elektronischer Leitfähigkeit. MPI ergänzt diese Aktivitäten um die experimentelle Bestimmung der Sauerstoff- bzw. Wasserstoffaustauscheigenschaften an Dünnschichtelektroden und die Aufklärung der zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen. Die gemeinsam erarbeiteten Ergebnisse von MUL und MPI fließen in die Erstellung von defektchemischen Modellen für die neuen Materialien ein, wobei neben den elektronischen Spezies und O-Defekten erstmals auch H-Defekte berücksichtigt werden. Das ZFE ermöglicht die Korrelation der von MUL und MPI untersuchten Masse- und Ladungstransporteigenschaften mit den mikrostrukturellen Eigenschaften durch begleitende Analysen mittels hochauflösender Raster-Transmissionselektronenmikroskopie (STEM). Unter anderem sollen im Rahmen dieser Arbeiten erstmals in-situ TEM-Analysen zur Aufklärung von atomaren Strukturänderungen durch Veränderung des Sauerstoffgehalts an neuen Seltenerdnickelaten durchgeführt werden. Als Ergebnis des Projekts wird eine Wissensbasis geschaffen, welche es zukünftig ermöglicht, die Wirkungsweise von gezielter Substitution auf Struktur- und Transporteigenschaften von Seltenerdnickelaten vorherzusagen und neue Materialien für zukünftige Anwendungen im Energiebereich zu entwickeln.

Gefördert bzw. finanziert im Programm Energieforschung (e!MISSION)  vom Klima- und Energiefonds.

Projekt-Website: https://www.energieforschung.at/projekte/859/seltenerdnickelate-fuer-zukuenftige-energietechnologien


ASYSII (SOFC APU System Entwicklung II)

Synopsis

Für die Entwicklung von kohlenwasserstoffbasierten Brennstoffzellen-APUs stellt deren begrenzte Lebensdauer gegenwärtig eine massive Hürde dar. Im Fokus dieses Projekts steht daher die Erforschung der grundlegenden Schädigungsprozesse während des Betriebs eines SOFC-Systems mit einem kohlenwasserstoffbasierten Kraftstoff, sowie die Entwicklung neuer Technologien und Materialien, welche zukünftige Verbesserungen hinsichtlich Kosten und Dauerhaltbarkeit erwarten lassen.

Zeitraum: 10.2014 - 09.2018

Beteiligte Personen

Projektleitung: DI Jürgen Rechberger, Assoz.Prof. Dr. Edith Bucher (Teilprojektleitung MUL)

Projektmitarbeiter: Christian Berger, Edith Bucher, Andreas Egger, Peter Gsaxner, Martin Perz, Nina Schrödl, Werner Sitte

Kurzfassung

In fast allen Industrie-, Marine-, Luftfahrt- und Nutzfahrzeuganwendungen wird langfristig ein kohlenwasserstoffbasierter Kraftstoff zum Einsatz kommen, da eine hohe Energiespeicherdichte erforderlich ist. Im Gegensatz zu PKWs haben in diesen Anwendungen Batterien oder Wasserstoff als Energiespeicher (ohne massive Technologiesprünge) selbst langfristig gesehen keine Umsetzungschancen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Umwandlungsprozesse von konventionellen Kraftstoffen zu verbessern. Die SOFC-Technologie weist hierfür beachtliches Potential auf, da sie eine hohe Kraftstoffflexibilität besitzt. Im Fokus des Projekts stehen die systematische Erforschung von Schädigungsprozessen, sowie von Diagnoseansätzen zu deren Detektion, und die Validierung von kohlenwasserstoffbasierten SOFC-Systemen unter realen Einsatzbedingungen zur Erforschung von kritischen Umwelteinflüssen auf die Schädigungsprozesse. Das Ziel dieses Vorhabens ist die Steigerung der Lebensdauer auf mehr als 5000h.An der MUL werden im Rahmen des Projektes neue Technologien/Materialien untersucht, die zukünftige Verbesserungen hinsichtlich Kosten und Dauerhaltbarkeit erwarten lassen. Dazu gehören neue SOFC-Kathodenmaterialien und die weitere Erforschung von metallgetragenen SOFC-Zellen in Kooperation mit der Firma Plansee.

Wurde gefördert bzw. finanziert im Programm "Mobilität der Zukunft" vom Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (bmvit).


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.

Zeitraum: 03.2013 - 01.2016

Beteiligte Personen

Gesamtprojektleitung: Richard Schauperl (AVL List GmbH) 

Leitung AP2: Univ.-Prof. Dr. Werner Sitte

Projektmitarbeiter: Edith Bucher, Andreas Egger, Peter Gsaxner, Wolfgang Preis, Nina Schrödl

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/CO 2-Gemisch wird die regenerative Energie lokal direkt in Wasserstoff bzw. Synthesegas umgewandelt. H 2 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.


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.

Zeitraum: 03.2012 - 08.2015

Beteiligte Personen

Projektleitung: Ao.Univ.-Prof. Dr.Dr. Wolfgang Preis, Univ.-Prof. Dr. Werner Sitte 

Projektmitarbeiter: Edith Bucher, Andreas Egger, Peter Gsaxner, Martin Perz, Nina Schrödl

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


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

Zeitraum: 05.2010 - 12.2014

Beteiligte Personen

Projektleitung:  Assoz.Prof. Dr. Edith Bucher

Weitere Projektmitarbeiter: Werner Sitte, Peter Gsaxner, Martin Perz

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.


RELIVE-CAT (Reliability and Lifetime Improvement of SOFC Cathodes)

Synopsis

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.

Zeitraum: 03.2010 - 02.2013

Beteiligte Personen

Projektleitung: Univ.-Prof. Dr. Werner Sitte

Projektmitarbeiter: Edith Bucher, Andreas Egger, Wolfgang Preis, Peter Gsaxner

Projektpartner

  • AVL List GmbH Österreich
  • Forschungszentrum Jülich GmbH Deutschland

Fördergeber: Klima- und Energiefonds, vertreten durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG)

Projekt-Website: https://www.energieforschung.at/projekte/606/reliability-and-lifetime-improvement-of-sofc-cathodes-zuverlaessigkeit-und-lebensdauererhoehung-von-sofc-kathoden


Methods for interface engineering

Synopsis

Bestimmung der elektrischen Eigenschaften sowie Charakterisierung der Struktur und Zusammensetzung von Korngrenzen in n-leitender BaTiO 3 - Keramik in Kooperation mit dem Erich-Schmid-Institut, Leoben.

Zeitraum: 01.2008 - 09.2011

Beteiligte Personen

Projektleitung: Univ.-Prof. Dr. Werner Sitte, Univ.-Prof. Dr. Gerhard Dehm

Projektmitarbeiter: Wolfgang Preis


Re-oxidation kinetics of grain boundary regions in PTC ceramics

Synopsis

„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.

Zeitraum: 01.2008 - 12.2010

Beteiligte Personen

Projektleitung:  Univ.-Prof. Dr. Werner Sitte, Univ.-Prof. Dr. Gerhard Dehm

Projektmitarbeiter: Wolfgang Preis


SOFC600 (Demonstration of SOFC stack technology for operation at 600°C)

Synopsis

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:  https://cordis.europa.eu/project/id/20089/de

Zeitraum: 03.2006 - 02.2010

Beteiligte Personen

Operative Projektleitung: Univ.-Prof. Dr.  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

Synopsis

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

Zeitraum: 01.2005 - 12.2008

Operative Projektleitung: A.Univ.-Prof. Dr.  Wolfgang Preis

Kooperation:  Materials Center Leoben


High Performance PTCs

Synopsis

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)

Zeitraum: 01.2002 - 12.2005

Operative Projektleitung: Univ.-Prof. Dr. Werner Sitte

Projektmitarbeiter: Wolfgang Preis