Korrelation zwischen Mikrostruktur und elektrochemischen Eigenschaften von Dünnschicht-Metallelektroden auf YSZ

• Antragstellerin: Professorin Dr. Gesa Beck
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 210093339

Ziel des Projekts ist die Untersuchung des Einflusses der Mikrostruktur auf die elektrochemischen Eigenschaften von Metall(O2)/YSZ-Elektroden (yttria stabilized zirconia). Damit ist das wichtigste Anliegen dieses Projektes, das grundlegende Verständnis von Elektrodenprozessen in der Festkörperelektrochemie maßgeblich zu erweitern. Daneben können die Ergebnisse aber auch auf industriell eingesetzte Systeme übertragen werden und damit zur Effizienzsteigerung und zur Verringerung von Alters- und Korrosionserscheinungen führen. In der bisherigen Projektphase wurden bereits interessante Ergebnisse für die Modellelektroden Pt(O2)/YSZ und Pd(O2)/YSZ gefunden. So zeigt sich, dass sich Blasen und Löcher während des Sauerstoff-Ausbaus bevorzugt an Defekten (Zwillingen) in den Metallschichten ausbilden. Dabei konnte die Blasenbildung erstmals in situ im REM aufgezeichnet werden. Außerdem zeigte sich, dass der Widerstand der Elektroden stark von der Defektstruktur der Metallschichten abhängt (Verringerung um etwa das 103-fache durch Einbau von Korngrenzen). Teilweise sind die erhaltenen Ergebnisse jedoch noch nicht reproduziert und zudem sind einige Fragen bislang noch offen geblieben bzw. haben sich im Laufe des Projektes erst gestellt. So konnten an der Phasengrenze Pt/YSZ zahlreiche kleine Hohlräume gefunden werden. Es soll studiert werden, inwieweit diese an der Blasenbildung beteiligt sind. Außerdem soll untersucht werden, ob die Korngrenzwinkel in den Metallschichten einen Einfluss auf das Verhalten haben. Darüber hinaus soll die Ag(O2)/YSZ-Elektrode - wegen der höheren Sauerstoff-Affinität von Ag - ergänzend untersucht werden. Des Weiteren wurde in der Zwischenzeit am FEM mit HiPIMS eine Methode eingeführt, die mikrostrukturell vergleichbar gute bzw. sogar bessere Metallfilme erzeugen sollte wie die bislang genutzte PLD.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen