Kurzbeschreibung:

Die Fest­körper-Ammo­ni­ak­syn­these (SSAS) ist ein attrak­tives elek­tro­che­mi­sches Verfahren, das eine Erzeu­gung von Ammo­niak direkt aus Wasser­dampf und Stick­stoff klas­si­scher­weise bei Tempe­ra­turen um 450–550 °C ermög­licht. Im Spudnik Projekt werden metall­ge­trä­gerte Membran-Elek­tronen-Einheiten (MEAs) herge­stellt für die Fest­körper-Ammo­ni­ak­syn­these. Metal­li­sche Träger sind in Hinsicht auf die Stack­in­te­gra­tion der Zellen als vorteil­haft, da diese leicht elek­trisch kontak­tiert und abge­dichtet werden können. Durch ihre hohe Druck­sta­bi­lität können für die Ammo­ni­ak­syn­these vorteil­hafte Druck­be­reiche mit dem System erreicht werden. Die MEAs bestehen aus einer Palla­dium-Silber-Anode, einem kera­mi­schen Elek­tro­lyten und einer Kathode, welche mit Eisen-Nano­par­ti­keln deko­riert ist. Das Prinzip ist an der Anode den Wasser­dampf zu oxidieren und die dabei frei­wer­denden Protonen über den Elek­tro­lyten zum Kata­ly­sator zu trans­por­tieren, wo sie den Stick­stoff zu Ammo­niak reduzieren.

Sowohl Anode und Elek­trolyt werden als 1 µm dicke Schicht durch Magnetron Sput­tern aufge­tragen. Dieses Verfahren erlaubt eine präzi­sier Kontrolle über die Mate­ri­al­zu­sam­men­set­zung der abge­schie­denen Mate­ria­lien. Weiterhin wird im Projekt eine selek­tive Laser­be­hand­lung einge­setzt, mit dem der Elek­trolyt nach­be­han­delt werden kann um seine Ionen­leit­fä­hig­keit zu verbessen ohne dabei die Anode oder das metal­li­sche Substrat zu beschä­digen. Um Diffu­sionen zwischen Anode und Metall­sub­strat während der Opera­tion zu verhin­dern, wird das Substrat mit einer kera­mi­schen Schutz­schicht über­zogen. Die Katho­den­schicht wird mittels Sprüh­pro­zess einer mikro­par­ti­ku­lären Disper­sion mit Schicht­di­cken < 30 µm herge­stellt und durch die Laser­be­hand­lung eben­falls hinsicht­lich der Kris­tal­li­nität opti­miert, ohne die Poro­sität dabei negativ zu beein­flussen. Das Ziel des Projektes ist es, bisher demons­trierte MEAs für Fest­körper-Ammo­ni­ak­syn­these hinsicht­lich ihrer Perfor­mance zu über­treffen und damit den Weg für diese Tech­no­logie weiter für ihre prak­ti­sche Imple­men­tie­rung zu ebnen.