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Projekt
Verbindung innovativer Sinterprozesse für protonenleitende Keramiken mit der Defektchemie
Antragstellerin
Dr. Rotraut Merkle
Fachliche Zuordnung
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556363981
Dieses Proposal ist Teil der Forschungsgruppe "Synergistisches Design protonenleitender Keramiken für Energietechnologien". Diese Forschungsgruppe strebt danach, protonenleitende Keramiken für Brennstoff- und Elektrolysezellen zu verbessern, und dazu Synergien zwischen Experimenten (innovative Sintermethoden, multimodale Charakterisierung) und Modellierung (Multiskalen-Modellierung von atomistischen Rechnungen bis zu Phasenfeld-Modellen) zu nutzen. Die Forschungsgruppe wird Werkzeuge der Datenwissenschaft intensiv nutzen, um die Materialien und Prozeßbedingungen zu optimieren (Aufbau umfassenden Datenbanken und ihre Nutzung mit Methoden des maschinellen Lernens). Das Sintern ist eine große Hürde für die Nutzung BaZrO3-basierter protonenleitender Keramiken, das es sehr hohe Temperaturen erfordert, Verdichtung und Kornwachstum langsam sind, und die Korngrenzen typischerweise eine verringerte Leitfähigkeit aufweisen (insbesondere wenn BaO-Verluste oder Zweitphasenbildung auftreten). Innerhalb der Forschungsgruppe strebt das aktuelle Projekt danach, die komplexen Beziehungen zwischen Sinterprozessen, insbesondere neue Verfahren wie "ultrafast high-temperature sintering" UHS und "photonic sintering" PS, resultierender Mikrostruktur der Keramiken, und Konzentration und Beweglichkeit der relevanten Punktdefekte (Protonen, Sauerstoffleerstellen) im Korninneren und an Korngrenzen aufzuklären. Ein Hauptthema ist die Untersuchung von Zusammensetzung und Eigenschaften der transienten Flüssigphase, die sich aus dem zugesetzten Sinterhilfsmittel NiO bildet, sowie des resultierenden Sintermechanismus und der Effekte auf Volumen- und Korngrenzeigenschaften. Das andere Hautthema sind die Effekte der neuen UHS, PS-Sinterverfahren auf die Materialeigenschaften. Es wird erwartet dass diese Sinterverfahren die Verteilung von Dotierionen und Kationen-Defekten verändern, potentiell auch die Struktur der Korngrenz-Kerne. Dies wird die Protonenaufnahme im Korninneren (Thermodynamik der Hydratisierung) und die Volumen- und Korngrenz-Transporteigenschaften verändern (Situation der Raumladungszonen), die beide intensiv im aktuellen Projekt untersucht werden. Zwischen den verschiedenen Projekten werden Proben. ausgetauscht werden, um von den komplementären Fähigkeiten der Sinterprozesse und Charakterisierungsmethoden der verschiedenen Projektpartner zu profitieren. Das aktuelle Projekt liefert experimentelle Ergebnisse als Input- und Validierungsdaten an die Simulationsprojekte, und trägt zum Aufbau der gemeinsamen Prozess-Defekt-Mikrostruktur-Eigenschaften-Datenbank bei. Das Projekt wird Ergebnisse aus atomistischen Rechnung und großskaligen Simulationen erhalten, die die Interpretation der Messergebnisse unterstützen. Es wird für die Materialoptimierung auch Feedback erhalten, das durch die Auswertung der gemeinsamen Datenbank gewonnen wird.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
