Planare keramische Hochtemperaturbrennstoffzellen liefern aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades sowie einer hohen Variabilität geeigneter Brennstoffe einen wertvollen Beitrag zur ressourcenschonenden Stromproduktion. Für einen sicheren Betrieb dieser Brennstoffzellen sind hermetisch dichte und elektrisch isolierende Dichtungen unabdingbar.
Aufgrund ihrer chemischen Stabilität sowie der Anpassung relevanter Fügeeigenschaften wie Viskosität und thermischem Ausdehnungsverhalten eignen sich insbesondere teilkristalline Glaslote als Dichtungs- und Fügewerkstoffe für diese Aufgabe. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb von Brennstoffzellensystemen ist neben der Anpassung der Fügeparameter ein umfassendes Verständnis der Alterungsprozesse von Glasloten im Fügeverbund unter Betriebsbedingungen hinsichtlich Gasdichtheit und elektrischem Iso-lationsvermögen von entscheidender Bedeutung.
In grundlegenden Untersuchungen zeigt diese Arbeit auf, welche vielschichtigen Degradationsprozesse in teilkristallinen Glasloten unter simulierten Einsatzbedingungen ablau-fen. Durch geeignete Versuchsabläufe gelang es, diese Einflüsse hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Degradationsprozesse zu separieren und zu bewerten.
Die daraus gewonnenen Erkenntnisse flossen in eine Glaslotentwicklung ein, mit der die Degradationsstabilität teilkristalliner Glaslote unter den gegebenen Einsatzbedingungen deutlich erhöht werden konnte. Besondere Berücksichtigung fand hierbei der Einfluss der Glaszusammensetzung auf Degradationsprozesse im Verbund mit den metallischen Fügepartnern sowie die Porenbildung in gesinterten glaskeramischen Gefügen unter brennstoffzellentypischen Betriebsbedingungen.
Im Gesamtergebnis zeigt die vorliegende Arbeit, dass zur Erfüllung von Fügeaufgaben neben der Anpassung intrinsischer Glasloteigenschaften auch das langfristige Verhalten teilkristalliner Glaslote im Fügeverbund Berücksichtigung finden muss.:Einleitung
Grundlagen von Brennstoffzellen
Funktionsweise von Brennstoffzellen
Einteilung von Brennstoffzellen
Unterteilung keramischer Hochtemperaturbrennstoffzellen
Planare Hochtemperaturbrennstoffzellen
Aufbau und Werkstoffe
Dichtungen für planare Hochtemperaturbrennstoffzellen
Glimmerdichtungen
Aktiv- und Reaktivlotdichtungen
Glaslotdichtungen
Verbunddichtungen
Glaslotdichtungen in planaren Hochtemperaturbrennstoffzellen
Eigenschaften von Glas und Glaskeramik
Fügen keramischer Brennstoffzellenstapel mit Glasloten
Degradation von Glasloten in SOFCs
Stand der Technik – Literatur
Motivation dieser Arbeit
Material und Methoden
Verwendetes Glaslotsystem
Metallsubstrate
Erhitzungsmikroskopie
Dilatometrie
Röntgenographische Phasenanalyse
Qualitative Heißgasextraktion
Chemische Analysen
Ermittlung des elektrischen Widerstandes
Versuchsaufbau kompakter Glasproben
Versuchsaufbau für Auslagerung unter dualer Atmosphäre
Ermittlung der Heliumleckrate
Gefügeanalyse
Ergebnisse und Diskussion
Charakterisierung des Standardglaslotes S01
Auslagerung bei Verwendung inerter Elektroden an Luft
Spannungsfreie Auslagerung zwischen Goldsubstraten
Spannungsfreie Auslagerung zwischen Crofer 22 APU- und Gold-Substraten
Auslagerung unter elektrischer Spannung, Kombination A: beide Elektroden aus Gold
Auslagerung unter elektrischer Spannung, Kombination B: Anode Gold, Kathode Crofer 22 APU
Auslagerung unter elektrischer Spannung, Kombination C: Anode Crofer 22 APU, Kathode Gold
Auslagerung unter elektrischer Spannung, Kombination D: beide Elektroden aus Crofer 22 APU
Auslagerungen unter relevanten Betriebsbedingungen
Charakterisierung des Ausgangszustand des Gefüges
Auslagerung unter dualer Atmosphäre ohne elektrische Spannung
Auslagerung unter dualer Atmosphäre mit elektrischer Spannung
Auswirkungen verzögerter elektrischer Spannung
Beschleunigte Degradation durch erhöhte elektrische Spannung
Langzeitauslagerungen unter dualer Atmosphäre
Glaslotentwicklung für keramische Brennstoffzellen
Mechanismen von Porenbildung im Glaslot
Glaslote mit erhöhter Stabilität gegenüber Blasenbildung
Erhöhung der Stabilität gegenüber metallischen Fügepartnern
Untersuchung von Fügeeigenschaften ausgewählter Glaslote
Auslagerungen neu entwickelter Glaszusammensetzungen
Degradationsverhalten modifizierter ZnO-haltiger Glaslote
Degradationsverhalten ZnO-freier Glaslote
Zusammenfassung
Ausblick
Anhang
Abkürzungen, Formelzeichen und Einheiten
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Literaturverzeichnis
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:27129 |
| Date | 04 September 2012 |
| Creators | Rost, Axel |
| Contributors | Michaelis, Alexander, Conradt, Reinhard, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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