Ökonomische Herstellung von Wasserstoff mit Hilfe von kubischem Siliciumcarbid : „3C-SiC Photokatalyse“

Forschungsbericht

Zusammenfassung: Die Herstellung von grünem Wasserstoff ist aktuell noch sehr kostenintensiv und kann wirtschaftlich mit fossilen Brennstoffen nicht konkurrieren. Im Fokus stehen derzeit Elektrolyseverfahren, die durch Verwendung von „grünem elektrischen Strom“ Wasserstoff erzeugen. Dieses mehrstufige Verfahren ist verlustbehaftet und moderne, effiziente Elektrolyseure verwenden seltene und extrem teure Elekt-rodenmaterialien. Hier setzt das Projekt an. Es werden Elektroden aus Siliziumkarbid (SiC) hergestellt, da dieses Material bekannt für seine extreme Härte und hohe chemische Stabilität ist. Es wurde ein Verfahren entwickelt, welches eine kostengünstige Herstellung nahezu beliebig großer SiC-Elektroden erlaubt. In diesem Projekt wurde zunächst das Herstellungsverfahren weiterentwickelt, um die Ober-fläche der Elektroden zu maximieren und eine möglichst hohe Wasserstoffproduktion zu gewährleis-ten. In weiteren Schritten wurde die Leitfähigkeit der SiC-Elektroden durch gezielte Dotierung des Ma-terials verbessert. Auf der Wasserstoffseite (Kathode) wird n-leitendes SiC benötigt, welches durch eine hohe Stickstoffkonzentration als Donator realisiert werden kann. Auf der Sauerstoffseite wird p-leitendes SiC verwendet, welches z. B. durch eine Aluminium-Dotierung erreicht wird. Durch eine om-nipräsente Stickstoffverunreinigung in SiC wird die Aluminiumdotierung kompensiert, so dass die Hauptaufgabe zunächst die einer Stickstoffreduktion in SiC war. Die angestrebte Stickstoffkonzentra-tion von ca. 1ppm konnte erst mit dreimonatiger Verzögerung erreicht werden, da der hierfür vorge-sehene Reaktor mit 6-monatiger Verspätung geliefert wurde. Die bislang ermittelten elektrischen Pa-rameter zeigen, dass dotiertes SiC eine Alternative zu den bislang eingesetzten Materialien ist. Lang-zeittests stehen noch aus. Für photokatalytische Anwendungen ist unbedingt der SiC-Polytyp 3C (ku-bisch) wegen der hierfür optimalen Bandlücke notwendig. Dieser Polytyp ist kommerziell nicht verfüg-bar, aber mit dem hier entwickelten Verfahren beliebig herstellbar. Erste Experimente mit n- und p-dotiertem 3C-SiC haben bereits gezeigt, dass ohne weitere Hilfsmittel hier eine Photokatalyse selb-ständig abläuft. Das 3C-SiC wird im Folgenden hinsichtlich Dotierung und Oberfläche, sowie Material-dicke weiter optimiert. Eine weitere Aufgabe in diesem Vorhaben ist die Konstruktion und Herstellung von Photokatalyse La-borzellen. Hierfür wurde ein modulares Konzept gewählt, welches einen leichten Elektrodentausch im Labor erlaubt und die Bestimmung von Parametern, wie z. B. Strom zwischen den Elektroden und Be-leuchtung mit spektraler Auflösung. In einer Konzeptstudie wurde ein Zelldesign entwickelt, welches ohne elektrische Verbindungen eine Skalierung der Photokatalysezellen erlaubt. Diese Zellen sind ebenfalls bereits im Laboreinsatz

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: 1 Online-Ressource (22 Seiten)
• Language: Deutsch
• Notes: Illustrationen ; Literaturverzeichnis: Seite 22

Classification and Topics

• Keyword: Siliciumcarbid ; Dotierung ; Wasserstoff ; Elektrode

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Berlin
• (who): Deutsche Bundesstiftung Umwelt
• (when): 2023
• Creator: Greulich-Weber, Siegmund
• Contributor: Deutsche Bundesstiftung Umwelt ; The Yellow SiC Development GmbH

Further information

• URN: urn:nbn:de:101:1-2405231724200.621740095498
• Rights: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 25.03.2025, 1:45 PM CET