AiF-FV-Nummer 22274

Entwicklung von SPUtterbasierten Dünnschichten für die dezentrale Festkörper-AmmoNIaK-Synthese


Status & Laufzeit

Laufend: 01.05.2022 bis 31.10.2024

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Die Festkörper-Ammoniaksynthese (SSAS) erlaubt eine energieeffiziente und nachhaltige Produktion von Ammoniak bei niedrigen Drücken und mittleren Temperaturen. Für die Anwendung als SSAS-Elektrolytmaterialien besitzen Perowskite wie Yttrium-dotiertes Bariumzirkoncerat (BCZY) ein besonders hohes Potential. Dabei spielt die Reduktion der Schichtdicke der Membran auf eine sub-μm Skale eine kritische Rolle, um Ohmsche Verluste durch den Membranwiderstand zu reduzieren und die Membranen in niedrigen Temperaturfenstern und mit kürzeren Start-up-Zeiten einsetzen zu können. Im Rahmen des geplanten Vorhabens des Leibniz Institutes für Plasmaforschung und Technologie (INP), des Zentrums für Brennstoffzellentechnik (ZBT) und des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT) werden mittels Spray-Coating und Magnetronsputterverfahren und anschließendem Laser- Annealing keramische Dünnschichten auf tubulare Metallträger aufgebracht. Die Elektrolytmembranen werden hinsichtlich der Phasenzusammensetzung und der elektrochemischen Eigenschaften optimiert. Parallel dazu wird eine Synthesemethode für angepasste Elektroden erarbeitet. Die Membran-Elektroden-Einheiten werden einem speziell für modulares Up-Scaling konzipierten SSAS-Versuchsstand in Bezug auf NH3-Produktionsraten und Faraday-Effizienzen untersucht. Nach Abschluss des Vorhabens sollen eine leistungsfähige Dünnschicht-basierte SSAS-Zelle und neue Erkenntnisse zu Degradation unter Operationsbedingungen vorliegen. Mit der SSAS in der dezentralen Synthese von grünem Ammoniak für Düngemittel und eine neue emissionsfreie Mobilität ergeben sich attraktive neue Märkte und Verwertungsketten insbesondere für KMU in der SSAS-Herstellung (Material-/Halbzeugherstellung, Depositions-, Laser-, Absaug- Überwachungstechnik, Anlagenbau, Systemintegratoren, Lohnbeschichter, Zulieferer, Service etc.) sowie SSAS-Nutzung (dezentrale NH3-Erzeugung, emissionsfreie Schiffahrt, Netzersatzanlagentechnik/Energiespeicher, grünes Gewerbegebiet etc.).

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.