Die Technologie zur Produktion von grünem Wasserstoff ist für die Realisierung einer Wasserstoffwirtschaft unerlässlich, da grüner Wasserstoff im Gegensatz zu grauem Wasserstoff bei seiner Herstellung keine großen Mengen an Kohlendioxid produziert. Festoxid-Elektrolysezellen (SOEC), die erneuerbare Energien zur Wasserstoffgewinnung aus Wasser nutzen, gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie keine Schadstoffe erzeugen. Hochtemperatur-Festoxid-Elektrolysezellen zeichnen sich dabei durch hohe Effizienz und schnelle Produktionsgeschwindigkeit aus.
Die Protonenkeramikbatterie ist eine Hochtemperatur-SOEC-Technologie, die einen Protonenkeramik-Elektrolyten für den Transport von Wasserstoffionen innerhalb eines Materials nutzt. Diese Batterien verwenden zudem eine Technologie, die die Betriebstemperaturen von 700 °C oder höher auf 500 °C oder niedriger senkt. Dadurch werden Systemgröße und Kosten reduziert und die Langzeitstabilität durch verzögerte Alterung verbessert. Da der Schlüsselmechanismus für das Sintern von Protonenkeramik-Elektrolyten bei relativ niedrigen Temperaturen während des Herstellungsprozesses jedoch noch nicht vollständig geklärt ist, gestaltet sich die Kommerzialisierung schwierig.
Das Forschungsteam des Energy Materials Research Center am Korea Institute of Science and Technology gab bekannt, diesen Elektrolyt-Sintermechanismus entdeckt zu haben, was die Möglichkeit einer Kommerzialisierung eröffnet: Es handelt sich um eine neue Generation hocheffizienter Keramikbatterien, die es so noch nicht gegeben hat.
Das Forschungsteam entwarf und führte verschiedene Modellversuche durch, um den Einfluss der Übergangsphase auf die Elektrolytverdichtung während des Elektrodensinterns zu untersuchen. Dabei stellten sie erstmals fest, dass die Zufuhr geringer Mengen gasförmigen Sinterhilfsmittels aus dem transienten Elektrolyten das Sintern 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, bisher nicht aufgestellt. Mithilfe von Computersimulationen verifizierte das Forschungsteam das gasförmige Sintermittel und bestätigte, dass die Reaktion die einzigartigen elektrischen Eigenschaften des Elektrolyten nicht beeinträchtigt. Somit ist es möglich, den Kern des Herstellungsprozesses von Protonenkeramikbatterien zu optimieren.
„Mit dieser Studie sind wir der Entwicklung des Kernherstellungsprozesses für Protonenkeramikbatterien einen Schritt näher gekommen“, so die Forscher. „Wir planen, zukünftig den Herstellungsprozess großflächiger, hocheffizienter Protonenkeramikbatterien zu untersuchen.“
Veröffentlichungsdatum: 08. März 2023