Kurzbeschreibung
Ziel des Projektes ProTec ist die Synthese von selbstorganisierten protonenleitenden Kompositen und die Erforschung von deren grundlegenden Materialeigenschaften. Neue Energiematerialien auf Basis von gemischt protonen-, sauerstoffionen- und elektronenleitenden Keramiken (engl. triple conducting oxides, TCOs) bieten attraktive zukünftige Anwendungsmöglichkeiten in protonischen Festelektrolytbrennstoffzellen (PCFCs) und –elektrolysezellen (PCECs) oder Membranen zur Wasserstoffseparation. Die genannten Technologien sind allerdings von der kommerziellen Umsetzung noch weit entfernt, was in erster Linie auf einem Forschungsdefizit im Bereich der grundlegenden Masse- und Ladungstransporteigenschaften und der Defektchemie beruht. Im Rahmen von ProTec sollen TCO-Komposite mittels einer neuen Methode synthetisiert werden, welche die in-situ Phasenzersetzung aus einem geeigneten Precursor beinhaltet (One-Pot Synthese). Insbesondere soll der Fokus auf selbstorganisierten Kompositen von Perowskiten liegen, in denen eine Phase eine gute elektronische Leitfähigkeit und hohe katalytische Aktivität für die Sauerstoffreduktion besitzt, während die andere Phase eine gute Protonenleitfähigkeit aufweist. In Ergänzung zu makroskopischen Proben für die Basischarakterisierung werden Komposit-Dünnfilme mittels Pulsed Laser Deposition (PLD) präpariert, welche wertvolle Modellsysteme für grundlagenorientierte Arbeiten darstellen. Ergänzt werden diese Forschungsaktivitäten durch die Charakterisierung der selbstorganisierten Komposite bis hin zu atomarer Auflösung mittels analytischer Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). Neben der Bestimmung der Struktur und chemischen Zusammensetzung der jeweiligen Kompositphasen mit hoher lateraler Auflösung, stehen wichtige Fragestellungen wie die Untersuchung von Interdiffusionseffekten an Hetero-Grenzflächen und die mögliche Bildung metastabiler Phasen insbesondere in selbstorganisierten PLD-Filmen im Fokus. Angestrebt wird ein tieferes Verständnis der Masse- und Ladungstransporteigenschaften, der Defektchemie und der Mechanismen der Protonenaufnahme bzw. Sauerstoffreduktion in selbstorganisierten keramischen Kompositen. Auf dieser Basis werden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen abgeleitet, welche Empfehlungen für Strukturen und Zusammensetzungen von neuen protonenleitenden Kompositen mit optimierten Eigenschaften für zukünftige Energietechnologien erlauben sollen.