Für einen Elektrochemischen Membranreaktor, in dem die partielle Oxidation von Ethan untersucht werden wird, sollten die aus dem SOFC-Bereich bekannten Anodenmaterialien mit den für die Ethanoxidation in der Literatur beschriebenen Modellkatalysatoren, wie zum Beispiel Palladium oder Vanadiumoxid eingesetzt bzw. kombiniert werden und deren Leitfähigkeits- bzw. Widerstandsverhalten unter Einsatz der Elektrischen Impedanzspektroskopie charakterisiert werden.
Hierzu wurden zunächst unterschiedliche Edelmetalle als Elektrodenmaterial für YSZ-Membranen ausgewählt. Als Kathodenmaterial wurde Platin eingesetzt. Als Elektroden bzw. Katalysatoren für den Anodenbereich wurden Gold, Palladium, eine Mischung aus Gold & Palladium sowie Ammoniumvanadat verwendet.
Die Präparation der Elektroden erfolgte über ein manuelles Paintingverfahren. Für die Impedanzmessungen erfolgte die Kontaktierung der Elektroden mit Platinnetz im Kathodenbereich und Goldnetz im Anodenbereich. Als elektrische Ableitungen wurden die Netze mit Drähte des jeweils identischen Materials im Punktscheißverfahren verbunden.
Die Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften der so präparierten YSZ–Membranen erfolgte durch die Elektrochemische Impedanzspektroskopie in einem Temperaturbereich von 600 - 900 °C. Hierfür stand ein Hochtemperaturofen sowie ein Potentiostat zur Verfügung. Ziel war es, die präparierten das elektrische Verhalten der YSZ-Membranen in dem vorgegebenen Temperaturbereich in Abhängigkeit von der Temperatur zu untersuchen. Die Ergebnisse wurden in Form von Bode- und Nyquist-Plots erhalten. Es wurde deutlich, dass mit steigender Temperatur eine Abnahme des Gesamtwiderstandes einherging. Dies wurde bei allen Materialkonfigurationen beobachtet. Unterschiede waren indess bei der Ausprägung einzelner Teilwiderstände zu beobachten. Überdies konnte im Rahmen dieser Arbeit auch die kathodische und anodische Oberflächenstruktur mittels Rasterelektronenmikroskopie aufgeklärt werden.
Inhaltsverzeichnis
- Abstract
- Symbolverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Elektrochemische Membranreaktoren
- 1.2 Festelektrolytbrennstoffzellen (SOFC)
- 1.3 Aufbau und Funktion des EMR
- 2 Experimenteller Teil
- 2.1 Materialauswahl
- 2.2 Präparation der Elektroden
- 2.3 Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)
- 2.4 Rasterelektronenmikroskopie (REM)
- 3 Ergebnisse und Diskussion
- 3.1 Elektrische Charakterisierung der YSZ-Membranen
- 3.2 Oberflächenstruktur der Elektroden
- 4 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Studienarbeit beschäftigt sich mit der Präparation und Charakterisierung von Anodenmaterialien für einen Elektrochemischen Membranreaktor (EMR), der zur partiellen Oxidation von Ethan eingesetzt wird. Ziel ist es, die elektrischen Eigenschaften von verschiedenen Anodenmaterialien auf YSZ-Membranen zu untersuchen und deren Oberflächenstruktur mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie zu analysieren. Dabei werden verschiedene Edelmetalle als Elektrodenmaterial für YSZ-Membranen verwendet.
- Präparation von katalytischen Anodenschichten auf YSZ-Membranen
- Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften der präparierten YSZ-Membranen
- Aufklärung der anodischen Oberflächenstruktur
- Vergleich der Ergebnisse mit relevanten Daten aus der Literatur
- Bewertung der Eignung der Materialien für den Einsatz im EMR
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Thematik der Elektrochemischen Membranreaktoren und Festelektrolytbrennstoffzellen. Es werden die Funktionsweise und der Aufbau eines EMR erläutert, sowie die Rolle von Anodenmaterialien bei der partiellen Oxidation von Ethan. Im zweiten Kapitel werden die verwendeten Materialien, die Präparationsmethode der Elektroden und die Messmethoden (EIS und REM) beschrieben. Das dritte Kapitel präsentiert die Ergebnisse der elektrischen Charakterisierung der YSZ-Membranen und die Analyse der Oberflächenstruktur der Elektroden mittels REM. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung des Einflusses der verschiedenen Anodenmaterialien auf das elektrische Verhalten und die Oberflächenmorphologie. Das vierte Kapitel fasst die Ergebnisse zusammen, diskutiert die wichtigsten Erkenntnisse und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten.
Schlüsselwörter
Elektrochemischer Membranreaktor, Partielle Oxidation, Ethan, Zirconia-Membran, Anodenmaterialien, Edelmetalle, Elektrochemische Impedanzspektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Oberflächenstruktur, elektrische Eigenschaften, Modellkatalysatoren.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing Melanie Müller (Autor:in), 2004, Präparation und Charakterisierung von Au/Pd- und Au/VOx-Anoden auf YSZ–Membranen, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/73080
