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Zusammenfassung und Ausblick
Dichte, keramische Sauerstofftransportmembranen sind eine viel versprechende Möglichkeit
Sauerstoff mit geringerem energetischem Aufwand zu gewinnen, als mit bisherigen Verfahren
möglich. Dabei zeigt die Materialklasse der Perowskite eine sehr hohe Sauerstoffleitfähigkeit.
Die höchste bisher beschreibbare Sauerstoffleitfähigkeit besitzt das System
Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-� (BSCF), das in dieser Arbeit verwendet wurde.
Vorbereitend auf die Entwicklung dünner geträgerter Membranen, wurde an 1mm dicken
BSCF Vollmaterialmembranen der Einfluss der Mikrostruktur auf die Sauerstoffpermeation
untersucht. Dabei sollten mögliche bevorzugte Transportpfade (z.B. entlang der Korngrenzen)
identifiziert werden. Hierzu wurde Kornwachstum während des Sinterprozesses gezielt
angeregt wodurch eine Variation der mittleren Korngröße von 10μm bis 45μm erreicht wurde.
Innerhalb dieses Korngrößenbereichs konnte kein Einfluss der Korngröße auf die Sauerstoffpermeation
festgestellt werden. Eine Erweiterung des Korngrößenbereichs wurde nicht
vorgenommen, da die Korngröße bei geträgerten Membranen durch die Membranschichtdicke
limitiert wird und die angestrebte Schichtdicke in diesem Bereich lag. Außerdem wurde
festgestellt, dass BSCF bei einer Temperatur von ca. 1130°C inkongruent schmilzt. Hierbei
kommt es an den Dreiphasengrenzen Korn-Korn-Gas zu Ausscheidungen, die aus Kobalt-
Oxid mit geringen Anteilen Barium- und/oder Strontium-Oxid bestehen. Eine Änderung der
Zusammensetzung im Vollmaterial konnte bei den gewählten Sinterparametern nicht festgestellt
werden. Um einem eventuellen Einfluss der kobaltreichen Ausscheidung an der Membranoberfläche
vorzubeugen, wurde für geträgerte Membranen Sintertemperaturen �1100°C
verwendet.
Um dünne Membranen herzustellen, wurden Träger mit unterschiedlicher Porosität und Porengröße
entwickelt. Zur Beeinflussung der Porengröße wurden Reis-, Mais- und Kartoffelstärke
als Porenbildner verwendet. Die Porosität wurde über die Volumenanteile des Porenbildners
variiert. Die Herstellung der Träger erfolgte über Foliengießen, wobei die Träger mit
einer Dicke von ca. 0,9mm hergestellt werden konnten. Die Porosität der Träger konnte zwischen
26% und 41%, der mittlere Porenöffnungsradius zwischen 0,88μm und 3,95μm variiert
werden. Die Träger wurden hinsichtlich des Sinterverhaltens, des Mikrogefüges und der
Gasdurchströmbarkeit charakterisiert.
Die Herstellung der Membranschicht-Träger Verbünde erfolgte über zwei Herstellungsrouten:
den Siebdruck, bzw. den sequenziellen Folienguss. Der Siebdruck erfolgte auf vorgesinterten
Trägern um Unterschiede in der Sinterschwindung, und damit einhergehende Aufwölbungen,
auszugleichen. Beim sequenziellen Folienguss wird die Membranschicht auf eine
glatte Polymerfolie abgegossen. Nach der Trocknung wird der Träger auf die Membranschicht
aufgegossen und der Membranverbund co-gesintert. Ein Ausgleich der Sinterschwindung
von Membranschicht und Träger ist hier nicht möglich. Die Anpassung der Sinterschwindung
erfolgt über die Parameterauswahl der Porenbildnergröße, des Porenbildner-
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