Gaurav Raut

 

Modellierung von Ersatzschaltbildern und deren Verteilung der Relaxationszeiten zur Beschreibung elementarer Prozesse in SOFC / SOEC

(a) Nyquist-Diagramm und (b) entsprechende Verteilung der Relaxationszeiten Urheberrecht: G. Raut (a) Nyquist-Diagramm und (b) entsprechende Verteilung der Relaxationszeiten

Verschiedene Herausforderungen wie die Degradation der Elektroden oder die Optimierung der Zellleistung können gelöst werden, indem eindeutige in einem elektrochemischen System ablaufende Prozesse untersucht werden. Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist eine der zerstörungsfreien Methoden zur Charakterisierung dieser Prozesse elektrochemischer Systeme. Im Allgemeinen werden bei diesem Verfahren kleine Störungen der Spannung / des Stroms an ein elektrochemisches System angelegt und der resultierende Strom / die resultierende Spannung sowie die daraus folgende Impedanz mit ihrer entsprechenden Frequenz aufgezeichnet. Folgend werden Ersatzschaltungsmodelle (ESM) entworfen, um mit den experimentellen Ergebnissen der Impedanzmessungen bestmöglich übereinzustimmen. Die DRT-Methode (Distribution of Relaxation Times) kann verwendet werden, um die verschiedenen Prozesse nach ihren individuellen Relaxationszeiten zu trennen, wenn experimentelle Daten dies zulassen. Die experimentellen DRT-Daten weisen jedoch immer einige Redundanzen auf, aufgrund derer mehrere ESMe zu den experimentellen DRT-Daten passen können.

Es wurden mehrere Versuche unternommen, die Ersatzschaltung zu finden, die das thermodynamische und kinetische Verhalten der betrachteten Festoxidbrennstoff- / Elektrolysezellen (SOFC / SOEC) genau darstellt. Diverse einfache bis komplexe ESMe können entworfen werden, um theoretische physikalisch-chemische Prozesse darzustellen. Die Redundanz der DRT-Daten könnte nur durch Hintergrundmessungen des elektrochemischen Systems reduziert werden, was in unserem Fall nicht möglich ist. Daher ist eine genaue Charakterisierung des Verhaltens von DRT-Daten aus bekannten ESMe erforderlich. Eine Datenbank mit DRT-Spektren aus diesen verschiedenen modellierten ESMe wird erstellt und mit experimentellen DRT-Spektren verglichen, um das am besten geeignete Modell herauszufinden.