ElChFest: Elektro-chemo-mechanische Modellierung von Ceroxid-basierten Festoxidelektrolysezellen

Abstract

Die Energiewende und der wachsende Bedarf an klimaneutralen Energieträgern erfordern neue Technologien zur effizienten Erzeugung von Wasserstoff. Festoxid-Elektrolysezellen (SOEC) mit dünnem ceroxidbasiertem Elektrolyten zeigen hervorragende elektrochemische Leistungsdaten, leiden jedoch unter einer ausgeprägten mechanischen Instabilität. Die chemische Ausdehnung des Ceria-Elektrolyten und thermische Dehnungen koppeln sich an die Betriebsbedingungen und können zu einem elektro-chemo-mechanischen Versagen der Zellen führen. Gleichzeitig beeinflusst die Mikrostruktur der Elektroden und des Elektrolyten entscheidend die elektrochemische Aktivität, den Stofftransport und die mechanische Integrität der Zellen. Realistische dreidimensionale Rekonstruktionen von SOFC- und SOEC-Mikrostrukturen sind daher unerlässlich, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu verstehen und die Leistung zu optimieren. Vor diesem Hintergrund verfolgt das vom BMBF geförderte Projekt "ElChFest" das Ziel, eine umfassende elektro-chemo-mechanische Modellierungsplattform für ceroxidbasierte SOEC zu entwickeln. Mithilfe virtueller Mikrostrukturen sollen die Spannungs- und Dehnungsverteilungen sowie die Entstehung von Mikrorissen unter Betriebsbedingungen untersucht werden.