Modellierung, Simulation und Optimierung der Mikrostruktur mischleitender SOFC-Kathoden



Dieses Projekt wird in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Dr.-Ing. Ellen Ivers-Tiffée, Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik (IWE), Karlsruher Institut für Technologie (KIT), durchgefuehrt.

Die Leistungsfähigkeit einer Festelektrolyt-Brennstoffzelle (SOFC) wird durch die Polarisa- tionswiderstände in beiden Elektroden begrenzt. Von höchster Relevanz sind die Mikrostrukturpara- meter: (1) Kornform und -kontaktfläche sowie Korngrößenverteilung, (2) innere Oberfläche, (3) Porosität und Tortuosität, die in technisch relevanten, leistungsfähigen Elektroden meist lokal unterschiedlich sind. Ziel der geplanten Forschungsarbeiten ist es, den Einfluss dieser Parameter auf den Polarisationswiderstand der Luftelektrode (Kathode) ortsaufgelöst zu identifizieren und elektrisch und strukturell zu erfassen. Aus den bisherigen Schwerpunkten der Projektpartner werden folgende Methoden kombiniert: (i) elektrochemische und mikrostrukturelle Charakterisierung von Kathoden (IWE), (ii) Bilddatenanalyse und Mikrostrukturrekonstruktion (IWE) und (iii) Entwicklung eines räumlich hochauflösenden 3D-FEM-Modells (IAM). Die Kopplung der Modelle ermöglicht eine 3D-ortsaufgelöste Analyse der Sauerstoffreduktion in der Kathodenstruktur und mit der bereits vorhandenen Expertise die Identifikation der Verlust- und Degradationsmechanismen. Das gewonnene Verständnis soll es ermöglichen, je nach technischen Einsatzbedingungen Empfehlungen für eine leistungsfähige und langzeitstabile Kathodenstruktur abzuleiten.