Opitz, A. K. (2008). Die Kinetik der [O tief 2]-Reduktion an mikrostrukturierten Platinschichten auf Yttrium-stabilisiertem [ZrO tief 2] [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-23244
Beim Betrieb von Hochtemperaturbrennstoffzellen kommt es durch Überspannungen zu erheblichen Verlusten, wobei die relativ schlechte Kinetik der elektrochemischen [O tief 2]-Reduktion als eine der Hauptursachen angesehen wird. Eine Klärung des entsprechenden Reaktionsmechanismus ist daher von großer Bedeutung. Poröse Elektroden - wie sie auch in realen Systemen eingesetzt werden - sind hierfür nur bedingt geeignet, da sie keine definierte Geometrie aufweisen.<br />Mikrostrukturierte Dünnschichtelektroden dagegen ermöglichen vielfältige Aussagen zur Elektrodenkinetik.<br />In dieser Arbeit werden Experimente zur [O tief 2]-Reduktionskinetik an Pt-Modellelektroden vorgestellt. Die Präparation von dichten Platinschichten auf Y-stabilisiertem [ZrO tief 2] (YSZ) erfolgte durch Magnetronsputtern auf 700°C heißes Substrat. Aus diesen Schichten wurden mittels Fotolithografie wohldefinerte Mikroelektroden mit verschiedener Form und Größe hergestellt und impedanzspektroskopisch im Temperaturbereich von 700 bis 900°C charakterisiert.<br />Durch die Variation der Elektrodengeometrie konnte die Dreiphasengrenze - d.h. der Bereich Gasphase/Elektrode/YSZ - als der Ort des ratenbestimmenden Schrittes identifiziert werden. Messungen bei unterschiedlichen Temperaturen ermöglichten die Ermittlung der Aktivierungsenergie von 1.40eV dieses kinetisch langsamsten Teilprozesses.<br />
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The actual performance of solid oxide fuel cells (SOFCs) is still unsatisfactory due to the high polarisation caused by relatively slow [O tief 2]-reduction kinetics. A clarification of the corresponding reaction-mechanism therefore stands in worldwide interest. Porous electrodes - as they are used in common SOFCs - suffer from the disadvantage of an ill-defined geometry. Microstructured thin-film-electrodes in contrast offer the possibility of manifold information in terms of electrode kinetics.<br />In this work experiments on the [O tief 2]-reduction reaction on Pt-modelelectrodes will be presented. The preparation of dense platinum-films on yttria-stabilised zirconia (YSZ) was carried out by magnetron sputtering on 700°C hot substrate. From these layers well-defined microelectrodes of different shape and size were made by photolithography, which were characterised by impedance spectroscopy in a temperature range of 700 to 900°C.<br />Through variation of the geometry of the microelectrodes the triple-phase-boundary (TPB) - i.e. the area gaseous phase/electrode/YSZ - could be identified as the site of the rate determining step.<br />Measurements at different temperatures enabled the evaluation of 1.40eV being the activation energy of this kinetically slow-going step.<br />