Entwicklung planarer Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-δ-Membranmodule zur Sauerstoffabtrennung und Analyse ihres Transportverhaltens

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Sauerstofftransportmembranen (OTMs) bieten eine vielversprechende Alternative zu energieintensiven Verfahren wie der kryogenen Luftzerlegung. Besonders keramische, mischleitende Membranen mit elektronischer und ionischer Leitfähigkeit (MIEC) sind von Interesse, da sie bei hohen Temperaturen und Partialdruckgradienten Sauerstoff über Leerstellen im Kristallgitter transportieren, was eine hundertprozentige Selektivität ohne Leckagen ermöglicht. Perowskite, insbesondere Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-s (BSCF), zeigen die höchste Sauerstoffpermeation. Verschiedene Design- und Betriebskonzepte beeinflussen den Sauerstofftransport, der durch Mechanismen wie Festkörperdiffusion, Oberflächenaustausch und Gasphasentransport bestimmt wird. Diese Arbeit modelliert den Sauerstofftransport durch eine geträgerte Membran und kombiniert Ansätze für verschiedene Transportmechanismen. Ein Korrekturfaktor berücksichtigt die Membranoberflächentopographie. Permeationsmessungen an Proben mit unterschiedlichen Membranschichtdicken (8 - 400 µm) bestätigen die Modellverifizierung mit einer Abweichung von nur 7%. Ein weiterer Fokus liegt auf der Entwicklung eines keramischen Membranmoduls, das durch sequentiellen Folienguss und Lamination hergestellt wird. Die Sinterung wurde angepasst, um größere Proben herzustellen, und eine keramische Randschicht sorgt für Dichtigkeit. Die Verbindung zwischen Rohr und Verbund wurde durch Garnieren und Sintern unter Belastun