Verständnis der Auswirkungen der Rheologie von Dispersionsmitteln und der Zersetzung von Bindemitteln auf den 3D-Druck von Festoxid-Brennstoffzellen

Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) sind eine grüne Energietechnologie, die eine sauberere und effizientere Alternative zu fossilen Brennstoffen bietet. Die Effizienz und Nützlichkeit von SOFCs kann durch die Herstellung miniaturisierter Komponentenstrukturen innerhalb des Brennstoffzellenfußabdrucks verbessert werden. In dieser Forschungsarbeit wurde das parallel geschaltete, interdigitale Design von Mikro-Einzelkammer-SOFCs (µ-SC-SOFCs) mit einer Direct-Write-Mikroverfahrenstechnik hergestellt. Um den Direct-Write-Prozess zu verstehen und zu optimieren, wurde die Kathodenelektroden-Schlämme untersucht. Zunächst wurden die Auswirkungen des Dispersionsmittels Triton X-100 auf die Rheologie der LSCF (La0,6Sr0,2Fe0,8Co0,2O3-δ) Schlämme untersucht. Der Einfluss der Zersetzung des Bindemittels auf die Kathodenelektrodenlinien wurde bewertet, und darüber hinaus wurde das optimale Sinterprofil bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die optimale Konzentration von Triton X-100 für verschiedene Schlämme bei etwa 0,2–0,4% der LSCF-Feststoffbeladung lag. Insgesamt hatten 60% der Feststoffbeladungsschlämme hohe Viskositäten und erreichten nach 300 s Stabilität. Darüber hinaus hatten 40–50% Feststoffbeladungsschlämme relativ niedrigere Viskosität und erreichten nach 200 s Stabilität. Die Feststoffbeladung und das Bindemittel beeinflussten nicht nur die Viskosität der Schlämme, sondern auch ihr rheologisches Verhalten. Basierend auf den Ergebnissen dieser Forschung wurde eine Schlämme mit 50% Feststoffbeladung, 12% Bindemittel und 0,2% Dispersionsmittel als optimaler Wert für die Herstellung von SOFCs mittels der Direct-Write-Methode festgelegt. Diese Forschungsarbeit legt Richtlinien für die Herstellung der Mikro-Einzelkammer-Festoxid-Brennstoffzellen fest, indem der Direct-Write-Schlammdepositionsprozess mit hoher Genauigkeit optimiert wird.