Synthese und elektrische/elektrochemische Charakterisierung von ionisch-elektronisch gemischtleitenden keramischen Werkstoffen für Permeationsanwendungen

Im Rahmen der Arbeit wurden die Verbindungen der Zusammensetzungsreihe La2Ni1-xCuxO4+ hinsichtlich ihrer elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften untersucht und bezüglich ihrer Verwendbarkeit als Membranmaterial für die Sauerstoffpermeation bewertet. Weiterhin wurde ein Verfahren zur Bestimmung der mikroskopischen Parameter (chemischer Diffusionskoeffizient D und Austauschkoeffizient k) basierend auf einer periodendauerabhängigen, periodischen Oszillation des Sauerstoffpartialdrucks in der Atmosphäre einer elektrisch vermessenen Probe entwickelt. Die Exaktheit der Methode wurde durch Vergleich mit den Ergebnissen der Methode IEDP nachgewiesen und zeigt sehr gute Übereinstimmung. Unter Verwendung der ermittelten mikroskopischen Parameter lassen sich die Permeationsraten von Membranen untersuchter Materialien in einem breiten Dickenbereich abschätzen und Bewertungen bzgl. der Kinetik des Oberflächenaustausches treffen. Ein Vergleich zwischen den auf Basis der kinetischen Parameter errechneten Raten der Sauerstoffpermeation und den experimentell bestimmten Permeationsraten wurde durchgeführt und zeigt gute Übereinstimmung. Unter Anwendung der gewonnenen Ergebnisse wurde ein Modell für ein System zur Sauerstoff-Luft-Trennung auf Basis keramischer Sauerstoffpermeationsmembranen entwickelt.