Titelaufnahme

Titel
Electrochemical reactions and transport paths of SrTi0.7Fe0.3O3 thin film model electrodes in H2-H2O atmosphere / Andreas Nenning
VerfasserNenning, Andreas
Begutachter / BegutachterinFleig, Jürgen ; Opitz, Alexander
Erschienen2012
UmfangVII, 104 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Gemischte Leiter / Perovskit / Anode / SOFC / Elektronische Leitfähigkeit / Ionische Leitfähigkeit / Mikroelektrode
Schlagwörter (EN)mixed conductor / perovskite / anode / SOFC / electronic conductivity / ionic conductivity / microelectrode
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-53747 Persistent Identifier (URN)
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Electrochemical reactions and transport paths of SrTi0.7Fe0.3O3 thin film model electrodes in H2-H2O atmosphere [13.94 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

SrTi1-xFexO3 (STFO) ist ein gemischter Leiter in Perovskitstruktur mit ge-ringer elektronischer Leitf ahigkeit, verglichen mit anderen häufig untersuchten gemischten Leitern (z.B.

Sr-dotiertes LaMnO3 (LSM) oder LaCoO3 (LSC)). In Sauerstoffatmosphäre ist die Elektrodenkinetik jedoch für ei-ne potentielle Anwendbarkeit als SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) Kathode ausreichend. Da STFO auch in reduzierender Atmosphäre hohe chem-sche Stabilität aufweist, ist es prinzipiell auch als Anodenmaterial verwend-bar. Für eine mögliche Anwendung sind hohe elektronische und ionische Leitfähigkeit, sowie eine katalytisch aktive Oberfläche und geringe Degradation entscheidende Parameter. Um diese Parameter zu bestimmen, wurden Dünnschicht-Modellelektroden mit definierter Geometrie und Oberfläche un-tersucht. Dünnfilme aus SrTi0.7Fe0.3O3 wurden mit Pulsed Laser Deposition auf einkristallinen Yttrium-stabilisierten Zirkoniumoxid Substraten abgeschieden, und anschließend photolithographisch mikrostrukturiert. Ein Dünnfilm Platin-Gitter wurde ober- oder unterhalb der Elektroden aufgetragen, um eine ausreichende Verteilung der Elektronen, trotz geringer elektro-nischer Leitfähigkeit, zu gewährleisten. In H2-H2O - Atmosphäre wurden die elektrochemischen Eigenschaften und Defektkonzentrationen dieser Mikro-elektroden mit Impedanzspektroskopie und Gleichstrommessungen untersucht. Im thermodynamischen Gleichgewicht ist die elektrochemische Wasserspaltungsreaktion ratenbestimmend. Eine für die Untersuchung von Mi-kroelektroden optimiertes Design von Metallgitter und Mikroelektroden mit zwei getrennten Metallstrukturen pro Elektrode wurde verwendet. Mit dieser Elektrodengeometrie können elektronische und ionische Leitfähigkeit, sowie die Reaktionsrate der Wasserspaltungsreaktion, und die chemische Kapazität an nur einer Mikroelektrode bestimmt werden.

Zusammenfassung (Englisch)

SrTi1-xFexO3 is a perovskite type mixed conductor with relatively low elec-tronic conductivity, compared to other mixed conducting electrode materi-als such as Sr-doped LaMnO3 (LSM) or LaCoO3 (LSC). Nevertheless, it shows a highly catalytic surface for the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) cathode reaction. Its high stability under reducing conditions makes it also principally applicable as a SOFC anode or SOEC cathode. For potential practical application, high electrochemical surface ctivity, as well as elec-tronic and ionic conductivity, chemical stability and low degradation are crucial. In order to investigate these properties, geometrically well defined thin lm microelectrodes of SrTi0.7Fe0.3O3 have been deposited on single crystalline yttria-stabilized zirconia substrates via pulsed laser depositionand photolithographic techniques. To achieve sufficient lateral electronic transport within the film, a thin film platinum grid was deposited on top or beneath the electrode. The electro- and defect chemical properties of these microelectrodes were investigated by means of impedance and DC-bias measurements as function of temperature in H2-H2O atmosphere. Under equilibrium conditions, the electrode resistance is dominated by the electrochemical surface reaction. By applying a specific electrode and metal grid design with two separated metal structures on one microelectrode, the surface reaction rate, electronic and ionic conductivity as well as chemical capacitance can be identified on a single microelectrode. The results are discussed in terms of electronic and ionic defect models in solids