Oxid-Keramik - Keramik: Wie ein alter Werkstoff hochmodern wird - page 124

Abb. 5.20 Galvanisches Prinzip der Lambda-Sonde mit unterschiedlichen Sauer-
stoffpartialdrücken p O2 in den Kammern (I) und (II) (Veröffentlichung mit freund-
licher Genehmigung des HvB-Verlags, Ellerau [ 1 , 2. Erg.-Lfg., Abschn. 8.2.1.0,
Bild 1])
als gasdichte Membran und poröse Schichten bilden die hier behandelte
Brennstoffzelle.
Das Herzstück ist eine dotierte ZrO 2 -Keramikmembran, die nach
der Foliengießtechnik (Abschn. 3.3.1 ) hergestellt wird. Die Dotierung
z. B. mit Y 2 O 3 führt, analog der eben behandelten Dotierung mit CaO,
zur Leerstellenbildung im Sauerstoffionenteilgitter und damit zur Sauer-
stoffanionenleitfähigkeit. Die Dotierung ist, um eine technisch nutzbare
Leitfähigkeit zu erhalten, deutlich größer als bei den unter Abschn. 5.3
behandelten, durch Y 2 O 3 stabilisierten ZrO 2 -Keramik-Implantaten mit
besonders hoher Bruchzähigkeit.
Genau wie im Fall der -Sonde liegt an der einen Membranseite Luft
an. Die zweite wird aber nicht von Abgas, sondern einem Brenngas um-
spült. Dieses kann aus Wasserstoff, CO oder den verschiedensten Koh-
lenwasserstoffen bestehen. Die Elektrode auf der Luftseite ist als Ka-
thode gepolt, so dass Sauerstoffanionen entstehen. Sie allein sind in der
Lage, über die Leerstellen des Kristallgitters durch die Membran zu dif-
fundieren. Die Brenngase können das nicht. Sobald die Sauerstoffanio-
nen auf der anderen Membranseite mit dem Brenngas in Kontakt kom-
men, geben sie ihre Elektronen ab. Die als Anode geschaltete Elektrode
auf der Membranoberfläche leitet die Ladung als elektrischen Strom ab.
Es findet somit eine direkte Umwandlung von chemischer in elektrische
Energie statt, siehe die Prinzipskizze auf Abb. 5.21 . Die Anlagen werden