Environmental Engineering Reference
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Die unmittelbare Ankopplung des Stromkreises an die Kathode er-
folgt über Elektronenleitung, wie sie in Abschn. 5.6 beschrieben ist.
Der Kathodenwerkstoff kann aus Manganat-Keramik bestehen. Mangan
kommt als 2-, 3-, 4- und 6fach positives Kation vor, wobei die Ba-
siszusammensetzung der porösen Schicht auf dem Mn 6+ beruht. Alle
anderen auch vorhandenen Wertigkeitsstufen bewirken n-Leitung. Wei-
terhin wird das Mn 6+ partiell durch Lanthan- und Silizium-Kationen
substituiert. Die komplexen Wechselwirkungen rufen gleichzeitig Elek-
tronen- und Sauerstoffanionenleitfähigkeit hervor. Der aus der Luft nicht
benötigte Stickstoff verlässt die poröse Kathode.
An der Anode finden die elektrochemischen Prozesse zwischen den
Sauerstoffanionen und dem Brenngas statt. Die Sauerstoffanionen und
die Brenngase müssen an den Reaktionsort in der Anode transportiert
und dann die Moleküle der Abgase durch die poröse Anode weggeführt
werden. Gleichzeitig erfolgt die Ableitung der Elektronen. Hierfür eig-
net sich am besten ein Cermet. Das ist ein Verbundwerkstoff, der im
Mikrobereich aus einer keramischen und einer metallischen Phase be-
steht. Ganz stark vereinfacht kann man folgendes sagen: Die keramische
Phase ist für die Sauerstoffionenleitung, die metallische Phase für die
Elektronenleitung zuständig. Letztere Aufgabe übernimmt z. B. Nickel.
Die Sauerstoffanionenleitung erfolgt wiederum in einer Y 2 O 3 -dotierten
ZrO 2 -Keramik.
Die Elektroden werden als Schichten, z. B. durch Siebdruck, auf die
Zirkoniumdioxid- Membran aufgebracht und mit dieser versintert. Für
die Brennstoffzelle als Ganzes bietet sich die Mehrlagen-Folientechnik
an, wie sie bereits in Abschn. 5.4.1 für klassische Kondensatorkeramik
und in modifizierter Form in Abschn. 5.9 für LTCC-Bauelemente be-
schrieben wird.
5.7.2 Kationenleitende Oxid-Keramik
In den vorangegangenen Abschnitten wurde mehrmals darauf verwie-
sen, dass Silikat-Keramik und elektrisch isolierende Oxid-Keramik einen
ganz geringen Anteil an Ionenleitung aufweisen. Die Ursache dafür wur-
de aber noch nicht erklärt. Sie besteht darin, dass entweder ungewollt
als Verunreinigung oder gewollt als Bestandteil der Masse die Werkstof-
 
 
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