Die Technologie zur Produktion von grünem Wasserstoff ist für die Realisierung einer Wasserstoffwirtschaft unerlässlich, da bei seiner Herstellung im Gegensatz zu grauem Wasserstoff keine großen Mengen Kohlendioxid entstehen. Festoxidelektrolysezellen (SOEC), die erneuerbare Energien zur Wasserstoffgewinnung aus Wasser nutzen, gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie keine Schadstoffe produzieren. Hochtemperatur-Festoxidelektrolysezellen zeichnen sich unter diesen Technologien durch hohe Effizienz und schnelle Produktionsgeschwindigkeit aus.
Die Protonenkeramikbatterie ist eine Hochtemperatur-SOEC-Technologie, die einen Protonenkeramikelektrolyten zur Übertragung von Wasserstoffionen innerhalb eines Materials nutzt. Diese Batterien nutzen zudem eine Technologie, die die Betriebstemperatur von 700 °C oder höher auf 500 °C oder niedriger senkt. Dadurch werden Systemgröße und -preis reduziert und die Langzeitzuverlässigkeit durch verzögerte Alterung verbessert. Da der Schlüsselmechanismus für das Sintern protischer Keramikelektrolyte bei relativ niedrigen Temperaturen während des Batterieherstellungsprozesses jedoch noch nicht klar definiert ist, ist die Kommerzialisierung schwierig.
Das Forschungsteam des Energy Materials Research Center am Korea Institute of Science and Technology gab bekannt, dass es diesen Elektrolyt-Sintermechanismus entdeckt habe, was die Möglichkeit einer Kommerzialisierung eröffne: Es handle sich um eine neue Generation hocheffizienter Keramikbatterien, die zuvor noch nicht entdeckt worden seien.
Das Forschungsteam entwickelte und führte verschiedene Modellexperimente zum Einfluss der Übergangsphase auf die Elektrolytverdichtung während des Elektrodensinterns durch. Dabei stellte es erstmals fest, dass die Zugabe einer geringen Menge eines gasförmigen Sinterhilfsmittels aus dem Übergangselektrolyten die Sinterung des Elektrolyten fördern kann. Gasförmige Sinterhilfsmittel sind selten und technisch schwer zu beobachten. Daher wurde die Hypothese, dass die Elektrolytverdichtung in Protonenkeramikzellen durch das verdampfende Sintermittel verursacht wird, nie aufgestellt. Das Forschungsteam nutzte computergestützte Methoden zur Überprüfung des gasförmigen Sintermittels und bestätigte, dass die Reaktion die einzigartigen elektrischen Eigenschaften des Elektrolyten nicht beeinträchtigt. Somit ist es möglich, den Kernherstellungsprozess von Protonenkeramikbatterien zu entwickeln.
„Mit dieser Studie sind wir der Entwicklung des Kernherstellungsprozesses für Protonenkeramikbatterien einen Schritt näher gekommen“, sagten die Forscher. „Wir planen, in Zukunft den Herstellungsprozess großflächiger, hocheffizienter Protonenkeramikbatterien zu untersuchen.“
Beitragszeit: 08.03.2023