Transiente Hochtemperatur Sauerstoffevolutionsreaktion

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdiger-A. Eichel; Professor Dr. Karsten Reuter; Professor Dr. Robert Schlögl
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406945544

Wasser- (oder Dampf-)elektrolyse als Erzeuger des chemischen Energieträgers Wasserstoff ist eine Säule für die langfristige Speicherung fluktuierender erneuerbarer Elektrizität. Die Wasserstoffproduktion ist hierbei immer mit Sauerstoffentwicklung an der Gegen- oder Luftelektrode gekoppelt. Letztere elektrokatalytische Sauerstoffevolution (Oxygen Evolution Reaction, OER) dominiert mit ungünstigen Überpotentiale die Gesamteffizienz und führt zu Verlusten. Unter den bekannten Elektrolyseverfahren stellt die Hochtemperaturelektrolyse an Festkörperoxiden (Solid Oxide Electrolysis Cells, SOECs) den vielversprechendsten Ansatz für eine Betriebsführung mit fluktuierender Stromversorgung dar, da die erhöhten Temperaturen eine höhere Ionenleitfähigkeit im Elektrolyten, eine schnellere Elektrodenreaktionskinetik und niedrigere OER Überpotentiale bewirken.In diesem Projekt wird die Anwendbarkeit der auf dauerhafte Betriebsführung optimierten Hochtemperatur SOECs auf dynamische Betriebsführung erweitert. Dabei werden Probleme einer beschleunigten Degradation in Form von Delaminierung und chemischen Instabilitäten der Elektrokatalysatormaterialien angegangen. Die Entwicklung verbesserter Sauerstoff-leitender Festkörperelektrolyten und OER Elektrokatalysatorbeschichtungen, ebenso wie die Optimierung der transienten Betriebsführung, wird zur Herstellung verbesserter SOEC Zellen und Stacks führen. Zur Umsetzung dieser Ziele wird ein fundamentales Verständnis der elektrochemischen und relevanten atomaren Prozesse in den Volumenphasen und an den Grenzflächen der modernen Materialien LSM und LSCF, auf Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxidträger erarbeitet. Hierzu setzen wir einen umfassenden Ansatz ein, der ab initio theoretische und operando Charakterisierungstechniken zur zeitaufgelösten Untersuchung der mikroskopischen Prozesse verbindet.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2080: Katalysatoren und Reaktoren unter dynamischen Betriebsbedingungen für die Energiespeicherung und -wandlung
• Mitverantwortlich: Dr. Izaak C. Vinke