Texturierte La2NiO4+δ-Membran mit verbesserter Sauerstoffpermeabilität

• Antragsteller: Professor Dr. Armin Feldhoff
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 435833397

Keramik-basierte Membranen mit gemischter ionischer und elektronischer Leitfähigkeit haben aufgrund ihrer Sauerstoffleitfähigkeit an Interesse erlangt. Viele dieser keramikbasierten Materialen neigen jedoch zur Bildung von Carbonaten in Anwesenheit von CO2 und was zur Bildung von carbonathaltigen Anlaufschichten und Verringerung der Sauerstoffleitfähigkeit führt. Im Gegensatz dazu ist La2NiO4+δ unter den Einsatzbedingungen einer Sauerstofftransportmembran chemisch stabil. Allerdings ist die Sauerstoffleitfähigkeit im Vergleich zu Perowskit-basierten Systemen eher gering, sodass die Erhöhung der Sauerstoffleitfähigkeit Gegenstand aktueller Forschung ist. Im Rahmen dieses Projektes sollen texturierte La2NiO4+δ-Membranen mit erhöhter Sauerstoffdurchlässigkeit hergestellt werden. Dies soll mithilfe einer templatbasierten Kornwachstumsmethode (TGG, templated grain growth) erreicht werden. Diese Methode wurde in der Literatur für unterschiedliche anisotrope Substanzen beschrieben. Die hergestellten Materialen weisen vergleichbare Eigenschaften wie die der Einkristalle auf. Für die TGG-Methode werden anisotrope Templat-Partikel in einer Matrix aus feinkörnigen, äquiaxialen Partikeln dispergiert. Die äquiaxialen Partikel werden über eine Sol-Gel-Route hergestellt und die anisotropen Partikel mittels einer Flussmittelzüchtung. Nach Herstellung des Schlickers werden texturierte Schichten mithilfe des Foliengießverfahrens erhalten. Die Schichten werden gestapelt und laminiert. Durch Sintern der Schichten wird das Wachstum der anisotropen Partikel auf Kosten der kleineren, äquiaxialen Partikel gemäß der Ostwald-Reifung begünstigt. Die Partikel werden solange erhitzt, bis sie aufeinandertreffen und das gewünschte anisotrope Material erhalten wird. Schließlich werden Sauerstoffpermeabilität, Sauerstoffaustauschkoeffizient und Sauerstoffdiffusionskoeffizient der texturierten La2NiO4+δ-Membranen bestimmt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Henny Bouwmeester; Professor Shashank Priya, Ph.D.