BaZrO3basierte

BaZrO3-basierte Materialien beziehen sich auf keramische Werkstoffe, in denen das Perowskit-Oxid BaZrO3 die Grundstruktur bildet. BaZrO3 gehört zur Klasse der AB-O3-Perowskinsynthemen und zeigt bei Raumtemperatur eine hochsymmetrische Kristallstruktur sowie eine bemerkenswerte chemische Stabilität gegenüber vielen Reagenzien. Aufgrund der stabilen Zr4+-Schicht und der relativ niedrigen Elektronenkonduktivität eignen sich diese Werkstoffe besonders als Protonenleiter oder als Elektrolyte in bestimmten elektrochemischen Anwendungen.

Die Protonenleitfähigkeit in BaZrO3-basierten Systemen wird durch Aliovalente Dotierungselemente erhöht, typischerweise Y3+, Sc3+ oder In3+. Die Dotierungselemente erzeugen Sauerstofflücken, die beim Hydratisieren mit Wasser befüllt werden und so Protonen als Träger freisetzen. Dadurch zeigen BaZrO3-basierte Protonenleiter eine erhöhte Leitfähigkeit bei hohen Temperaturen, insbesondere in feuchter Umgebung. Durch gezielte Dotierungskonzentrationen, Mikrostrukturkontrolle und neue Sinterhilfsmittel lassen sich Leitfähigkeit und Stabilität verbessern. Typische Vertreter sind Ba(Zr, Y)O3-δ oder Ba(Zr, Sc)O3-δ.

Synthetisch werden BaZrO3-basierte Keramiken meist durch Festkörperreaktion oder Sol-Gel-Verfahren hergestellt, gefolgt von Hochtemperatursintern (oft mehrere tausend Grad Celsius). Die resultierenden Keramiken zeigen oft gute chemische Stabilität in feuchter Atmosphäre und gelten als potenzielle Elektrolyte für IT-SOFCs sowie für Membran- oder Sensoranwendungen. Zu den Herausforderungen zählen die hohen Sintertemperaturen, der Einfluss der Körnergrenze auf die Leitfähigkeit und die Langzeitstabilität gegenüber CO2 unter Betrieb.