7.2 - Chemische Ausdehnung von Sensor- und Elektrolytmaterialien bei hohen Temperaturen
- Event
- 15. Dresdner Sensor-Symposium 2021
2021-12-06 - 2021-12-08
Dresden - Band
- Vorträge
- Chapter
- 7. Hochtemperatursensorik
- Author(s)
- D. Kohlmann, H. Wulfmeier, M. Schewe, C. Rembe, H. Fritze - Technische Universität Clausthal, Clausthal/D
- Pages
- 112 - 112
- DOI
- 10.5162/15dss2021/7.2
- ISBN
- 978-3-9819376-5-7
- Price
- free
Abstract
Einer der wichtigsten Versagensmechanismen von Aktivmaterialien in Sensoren, Brennstoffzellen und Akkumulato-ren ist die Rissbildung bei zyklischer Beanspruchung, wodurch beispielsweise Brennstoffzellen durch den direkten Kontakt von Brenngas- und Luftseite zerstört werden können. Die Risse bilden sich durch mechanische Span-nungen im Material, die durch Temperaturgradienten und/oder die chemische Expansiona hervorgerufen werden. Letztere entsteht bei Brennstoffzellen durch zeitlich schwankende Sauerstoffkonzentrationen und Konzentrati-onsgradienten zwischen der Brenngas- und Luftseite des Elektrolyten. Tritt demgegenüber eine besonders starke Expansion auf, kann der Effekt zu einer vollständig neuen Bauteilklasse führen, d. h., zu Aktuatoren, die bei hohen Temperaturen ihre Form signifikant ändern. Da Piezoelektrika mit hohen piezoelektrischen Koeffizienten durch ihre relativ niedrige Curie-Temperatur eingeschränkt nutzbar sind, besteht an dieser Stelle Bedarf an neuartigen Stellele-menten z. B. zur Beeinflussung chemischer Reaktoren bei hohen Temperaturen. Da die in den o.g. Anwendungen eingesetzten Oxide häu-fig als dünne Schicht ausgeführt sind, besteht ein Inte-resse, das Expansionsverhalten dünner Schichten zu ver-stehen. Deswegen wird hier die Expansion dünner Schichten mit Differentieller Laser-Doppler-Vibrometrie (DLDV) bei verschiedenen Sauerstoffaktivitäten untersucht. Untersuchungsgegenstand sind dünne Schichten aus CeO2-δ, Ce1-xZrxO2-δ (CZO) und PrxCe1-xO2-δ (PCO). Als Substrate dienen Y2O3-dotierte ZrO2-Einkristalle, die als Pumpzelle für Sauerstoff fungieren. Durch Anlegen einer Spannung wird Sauerstoff transportiert, was die Sauerstoffaktivität in den abgeschiedenen Schichten verändert, so-dass das Expansionsverhalten der Schichten unter redu-zierenden Bedingungen untersucht werden kann. Insbesondere CZO ist aufgrund seiner Expansionseigenschaften interessant, da die Substitution von Cer durch Zirkon die Reduktionsenthalpie des Systems herabsetzt, was im Ver-gleich zu CeO2-δ zu größeren Expansionen führt. Bei PCO lassen sich Pr-Ionen bereits bei höheren Sauerstoffaktivitäten ...