Impedanzspektroskopie von Hochtemperatur-Oxidschichten
Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) hat sich als fortschrittliches Verfahren zur Analyse der Korrosion von metallischen Interkonnektorplatten in Hochtemperatur-Brennstoffzellen oder Elektrolysezellen (SOFC, SOEC) etabliert. Ein exemplarisches Material in diesem Kontext ist Crofer 22 APU (76,8% Fe, 22,7% Cr). Dieses Material unterliegt während des Betriebs extremen Belastungen, da es Temperaturen zwischen 650°C und 900°C sowie feuchten oxidativen und reduzierenden Gasen ausgesetzt ist.
Für eine umfassende EIS-Analyse wird die entsprechend vorbereitete Platte bei Raumtemperatur mittels einer sinusförmigen Spannung angeregt. Der resultierende Strom wird dabei mit Amplitude und Phase über einen Frequenzbereich von 100 kHz bis 10 mHz präzise gemessen. Die Impedanz wird daraufhin aus der Modulationsspannung und dem Modulationsstrom in Bezug auf Betrag und Phase berechnet.
Die EIS ermöglicht nicht nur die Bestimmung der Schichtdicke der Oxidschicht über den elektrochemischen Widerstand, sondern erlaubt auch die Analyse der Oxidationskinetik und der Wachstumskinetik dieser Oxidschicht. Dieses Wachstum wird durch die Überlagerung der Spektren im Nyquist-Diagramm bei fortschreitender Korrosion deutlich sichtbar.
Durch die Elektrochemische Impedanzspektroskopie sind nicht nur qualitative, sondern auch quantitative Analysen der Oxideigenschaften möglich. Die EIS-Messung eröffnet somit neue wissenschaftliche Perspektiven für die Optimierung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Elektrolysezellen, indem sie detaillierte Einblicke in die Korrosionsprozesse und die Entwicklung der Oxidschicht gewährt.
