Dr. Lukas Gröner

Für den anstehenden Umbau unserer Energieversorgung werden zwingend neue Energieträger wie Wasserstoff in extrem großen Mengen benötigt. Für die Erzeugung von Wasserstoff und die Energierückgewinnung daraus werden wiederum effiziente und langlebige Elektrolyseure als auch Brennstoffzellen benötigt, deren Wirkungsgrad i.d.R. mit der Temperatur steigt. Der breite Einsatz dieser Systeme wird aber noch durch zu hohe Kosten behindert.
Ein Ansatz zur Kostenreduktion bei der Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEC) und der Stromerzeugung in Festkörperoxid-Brennstoffzellen (SOFC) besteht in der Verwendung von metallischen Interkonnektoren anstatt z.B. teurer oxidischer Materialien. Dabei haben sich für Temperaturen <750°C ferritische Stähle wie z.B. Crofer 22APU aufgrund der guten Oxidationsstabilität und dem zum Gesamtsystem passenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten durchgesetzt.
Für den Einsatz müssen die Interkonnektoren jedoch zusätzlich mit Barriereschichten ausgestattet werden, da bei den hohen Betriebstemperaturen flüchtige Chromoxide oder Chromhydroxide aus der sich bildenden Oxidschicht abdampfen und kathodenseitig am Elektrolyt angelagert werden und so zu einer Reduktion der Kathodenaktivität führen.
In vorhergehenden Untersuchungen wurde erfolgreich Ti₂AlN über ein mehrlagiges Magnetron-Sputterverfahren abgeschieden und über ein nachfolgenden Temperschritt synthetisiert [1]. Dabei wurde Ti₂AlN als vielversprechende Barriereschicht gegenüber Wasserstoff identifiziert [2]. Ursache für die gute Barrierewirkung war die Ausbildung eines dichten und hochtemperaturbeständigen α-Al₂O₃. Nun sollte geprüft werden, ob derartige Schichtmaterialien auch zur Reduktion der o.g. Chromabdampfung beitragen können.

_{[1] Gröner, L.; Kirste, L.; Oeser, S.; Fromm, A.; Wirth, M.; Meyer, F.; Burmeister, F.; Eberl, C.; Microstructural investigations of polycrystalline Ti2AlN prepared by physical vapor deposition of Ti-AlN multilayers; Surface and Coatings Technology 343 (2018) 166-171 Link}

_{[2] Gröner, L.; Mengis, L.; Galetz, M.; Kirste, L.; Daum, P.; Wirth, M.; Meyer, F.; Fromm, A.; Blug, B.; Burmeister, F., Investigations of the deuterium permeability of as-deposited and oxidized Ti2AlN coatings, Materials 13/9 (2020) Art. 2085 , 9 Seiten Link}

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