Modellierung, Simulation und Optimierung der Mikrostruktur mischleitender SOFC-Kathoden

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Ellen Ivers-Tiffée; Professor Dr. Rolf Rannacher
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 158421405

Die Leistungsfähigkeit einer Festelektrolyt-Brennstoffzelle (SOFC) wird durch die Polarisationswiderstände in beiden Elektroden begrenzt. Von höchster Relevanz sind die Mikrostrukturparameter: (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) ortsauf- gelöst 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 Entwicklung eines stochastischen 3D-Geometriemodells (IS) 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.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen