Einfluss von Wasserstoff auf das Permeationsverhalten und die Stabilität von hochpermeablen Metallschichten
Christian Zillich
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Christian Zillich, Einfluss von Wasserstoff auf das Permeationsverhalten und die Stabilität von hochpermeablen Metallschichten (2010), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832598624
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Beschreibung / Abstract
Diese Arbeit entstand vor dem Hintergrund der Entwicklung möglichst kostengünstiger wasserstoffselektiver Membranen. In dieser Arbeit wurden mit Metall-Polymer-Kompositmembranen und einer Palladium-Silber-Kapillarmembran zwei sich deutlich voneinander unterscheidende Typen von wasserstoffselektiven Membranen vermessen. Beide Membranarten zeigten dabei außergewöhnliches Permeationsverhalten. Die Metall-Polymer-Kompositmembranen besaßen bereits zu Beginn der Versuche eine im Vergleich zum Wasserstofffluss durch die reine Polymermembran reduzierte Permeationsrate. Zudem trat eine im zeitlichen Verlauf abnehmende Wasserstoffpermeationsrate auf. Die Palladium-Silber-Kapillarmembran wies hingegen im Vergleich mit Literaturdaten eine deutlich erhöhte Wasserstoffpermeabilität auf. Durch Entwicklung eines umfassenden Permeationsmodells von Wasserstoff in Palladium-Silber, unter Berücksichtigung des konzentrationsabhängigen Diffusionskoeffizienten und wasserstoffinduzierter Spannungen, kann das außergewöhnliche Permeationsverhalten der Kapillarmembran erklärt werden. Das Permeationsverhalten der Metall-Polymer-Kompositmembranen ist zum einen auf die Einwirkungen des Beschichtungsverfahrens zum anderen möglicherweise auf strukturelle Änderungen in der Metallschicht zurückzuführen.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung
- 1.1 Motivation der Arbeit
- 1.2 Aufbau der Arbeit
- 2 Wasserstoffabtrennung mit Membranen
- 2.1 Grundlagen der Gaspermeation
- 2.2 Polymermembranen
- 2.3 Metallmembranen
- 2.4 Metall-Polymer-Kompositmembranen
- 3 Experimenteller Aufbau und Messmethoden
- 3.1 Verwendete Teststände
- 3.2 Verwendete Messzellen
- 3.3 Permeationsmessung
- 3.4 Messunsicherheiten
- 4 Experimentelle Ergebnisse
- 4.1 Metall-Polymer-Kompositmembranen
- 4.2 Palladium-Silber-Kapillarmembran
- 4.3 Folgerungen aus den Versuchen
- 5 Modellierung des Wasserstofftransports durch Metallmembranen
- 5.1 Permeationsmodell nach Wang
- 5.2 Permeationsmodell nach Ward und Dao
- 5.3 Entwicklung des Permeationsmodells im Rahmen dieser Arbeit
- 6 Simulation der Wasserstoffpermeation durch Palladium und Palladium-Silber
- 6.1 Lösung des Gleichungssystems
- 6.2 Permeation durch reines Palladium
- 6.3 Permeation durch Palladium-Silber
- 7 Konzentrationsabhängiger Wasserstoffdiffusionskoeffizient in Palladium-Silber
- 7.1 Funktionale Abbildung des Wasserstoffdiffusionskoeffizienten in Metallen
- 7.2 Funktionale Abbildung des Wasserstoffdiffusionskoeffizienten in Palladium-Silber
- 7.3 Schlussfolgerungen
- 8 Wasserstoffinduzierte Spannungen
- 8.1 Einfluss der Spannung auf die Löslichkeit und den Diffusionskoeffizienten
- 8.2 Konzentrationsgradienten in spannungsbeladenen Palladium-Silber-Schichten
- 8.3 Wasserstoffinduzierte Spannungen in Palladium-Silber-Schichten
- 8.4 Vergleich mit Messwerten der Kapillarmembran
- 8.5 Spannungen in der Kapillarmembran
- 8.6 Spannungen in Metallschichten von Metall-Polymer-Kompositmembranen
- 8.7 Schlussfolgerungen
- 9 Zusammenfassung und Ausblick
- 9.1 Zusammenfassung
- 9.2 Ausblick
- A Herleitung der Gleichung von Andrew und Haasz