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@PHDTHESIS{Zhang:877843,
      author       = {Zhang, Jun},
      title        = {{E}lectrolyte development for a {SOFC} operating at low
                      temperature},
      volume       = {492},
      school       = {RWTH Aachen},
      type         = {Dr.},
      address      = {Jülich},
      publisher    = {Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag},
      reportid     = {FZJ-2020-02467},
      isbn         = {978-3-95806-471-3},
      series       = {Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie $\&$
                      Umwelt / Energy $\&$ Environment},
      pages        = {vi, 121 S.},
      year         = {2020},
      note         = {RWTH Aachen, Diss., 2020},
      abstract     = {Eine Absenkung der Betriebstemperatur von
                      Festoxidbrennstoffzellen (SOFCs) in den Bereich um 500 °C
                      wird angestrebt um Anwendungsfelder wie
                      Brennstoffzellengeneratoren für mobile Anwendungen zu
                      erschließen. Jedoch weist yttriumstabilisiertes Zirkonoxid
                      (YSZ), der nach aktuellem Stand der Technik verwendete
                      Elektrolytwerkstoff, eine unzureichende ionische
                      Leitfähigkeit in diesem Niedertemperaturbereich auf. Zwei
                      Lösungsansätze können hier Abhilfe schaffen. Der erste,
                      weitverbreitete Ansatz ist die Verwendung eines alternativen
                      Elektrolytwerkstoffs mit höherer Leitfähigkeit. Ein
                      Vergleich von in der relevanten Fachliteratur angegebenen
                      Daten zeigt allerdings uneinheitliche Leitfähigkeitswerte
                      der einzelnen Werkstoffe und deren Verhältnisse zueinander.
                      Der zweite Ansatz ist eine Verringerung der Elektrolytdicke.
                      Über Schleuderbeschichtung (engl: spin coating) können
                      Schichtdicken von etwa 1 μm realisiert werden. Diese
                      Herstellungsmethode ist sehr arbeitsintensiv, da mehrfache
                      Durchläufe von Beschichtungszyklus, Trocknung und
                      Wärmebehandlung notwendig sind. Zudem stellt eine weitere
                      Reduzierung der Schichtdicke eine große Herausforderung
                      dar. Ziel dieser Arbeit ist ein systematischer Vergleich der
                      ionischen Leitfähigkeit der drei überwiegend verwendeten
                      und kommerziell erhältlichen Elektrolytwerkstoffe. Diese
                      sind YSZ, scandiumstabilisiertes Zirkonoxid (ScSZ) und
                      gadoliniumdotiertes Ceroxid (GDC). Mittels elektrochemischer
                      Impedanzspektroskopie (EIS) konnte gezeigt werden, dass GDC
                      mit 5,8 x 10$^{-3}$ S cm$^{-1}$ eine höhere ionische
                      Leitfähigkeit bei 500 °C aufweist als ScSZ (2,5 x
                      10$^{-3}$ S cm$^{-1}$) und YSZ (1,1 x 10$^{-3}$ S
                      cm$^{-1}$). Diese Analyse erfolgte unter Berücksichtigung
                      von Ausgangspulver, Herstellungsmethode und resultierender
                      Mikrostruktur nach der Sinterung. In weiterführenden
                      Versuchen wurde ein Prozessablauf für die Herstellung eines
                      5cm x 5cm GDC Elektrolyten über Siebdruck auf eine
                      herkömmliche anodengestützte Zelle entwickelt. Nach der
                      Sinterung bei 1400 °C für 5 Stunden wurde eine
                      Elektrolytdicke von 3,5 μm erreicht, sowie eine
                      ausreichende Luftdichtigkeit mit einer Leckrate von 3,54 x
                      10$^{-6}$ hPa dm$^{2}$ s$^{-1}$ cm$^{-2}$ ermittelt. Die
                      elektrochemische Charakterisierung einer solchen Einzelzelle
                      zeigte eine hohe Leistungsfähigkeit von 2A cm$^{-2}$ bei
                      750 °C und einer Zellspannung von 0,84 V (Kathodengas:
                      Luft, Anodengas: 10\% H$_{2}$O in H$_{2}$). Mittels EIS
                      wurde ein ohmscher Widerstand von 125,2m$\Omega$ cm$^{2}$
                      bei 500 °C ermittelt. Der vorliegende Vergleich der
                      ionischen Leitfähigkeiten kann als Referenz für
                      weiterführende Arbeiten dienen und Hilfestellung bei der
                      Auswahl eines geeigneten Elektrolytwerkstoffs für die
                      jeweils angestrebte SOFC Anwendung leisten. Dies gilt
                      insbesondere, wenn die Herstellung unterschiedlicher
                      Schichtdicken berücksichtigtwerden soll. Diese Arbeit
                      bietet somit eine solide Basis zur Weiterentwicklung, die in
                      der zuvor publizierten Literatur durch teils
                      widersprüchliche Angaben nicht gegeben war. Die
                      erfolgreiche Entwicklung der dünnen und dichten GDC
                      Elektrolytschicht zeigt die Anwendbarkeit von GDC auf
                      üblichen SOFC Substraten und bestätigt die höhere
                      Leistungsfähigkeit im Vergleich zu YSZ, während ein hoher
                      Herstellungsaufwand für sub-μm Schichten vermieden wird.},
      cin          = {IEK-1},
      cid          = {I:(DE-Juel1)IEK-1-20101013},
      pnm          = {135 - Fuel Cells (POF3-135) / SOFC - Solid Oxide Fuel Cell
                      (SOFC-20140602)},
      pid          = {G:(DE-HGF)POF3-135 / G:(DE-Juel1)SOFC-20140602},
      typ          = {PUB:(DE-HGF)3 / PUB:(DE-HGF)11},
      url          = {https://juser.fz-juelich.de/record/877843},
}