Zweistufiger Metalloxidzyklus zur chemischen Speicherung von Sonnenenergie: kinetische Untersuchungen thermochemischer Redox-Reaktionen an binären und ternären Eisenoxidphasen mit Kochsalz- oder Spinellstruktur
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1995
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 SEITENBLICKE ZUM ZEITGENOESSISCHEN UMFELD DIESER ARBEIT 1
1.2 MOEGLICHKEITEN ZUR SPEICHERUNG SOLARER ENERGIE 3
1.3 SOLARCHEMIE 5
2 METALLOXIDZYKLUS 9
2.1 SYSTEMWAHL 9
2.2 THERMODYNAMISCHE BETRACHTUNGEN 12
2.2.1 BERECHNUNGSGRUNDLAGEN 12
2.2.2 SOLARTHERMISCHE REDUKTION 12
2.2.3 WASSERSPALTUNGSREAKTION 14
2.3 LITERATUR ZUR STRUKTUR VON EISEN- UND EISEN-MANGANOXIDEN, SOWIE ZU
TRANSPORTPROZESSEN IN DIESEN PHASEN 16
2.3.1 EDUKTPHASEN MIT KOCHSALZSTRUKTUR 16
2.3.2 PRODUKTPHASEN MIT SPINELLSTRUKTUR 19
2.3.3 TRANSPORTMECHANISMEN IN KRISTALLINER MATERIE 21
2.3.4 KATIONENDIFFUSION IN EDUKTPHASEN 21
2.3.3 KATIONENDIFFUSION IN PRODUKTPHASEN 23
3 SOLARTHERMISCHE REDUKTIONSEXPERIMENTE 26
3.1 EINLEITUNG 26
3.1.1 ALLGEMEINES 26
3.1.2 PROBLEMSTELLUNG 30
3.2 EXPERIMENTELLES 31
3.2.1 SYNTHESE DER SPINELLPHASEN (FEI_
XMX)
3
C
4
(M = CA, CO, MG, MN, ZN) 31
3.2.2 APPARATUR ZUR UNTERSUCHUNG DER SOLARTHERMISCHEN REDUKTIONSREAKTION
32
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
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3.3 RESULTATE UND DISKUSSION DES REDUKTIONSVERHALTENS VON METALLOXIDEN
UNTER
HOCH KONZENTRIERTER, SOLARER STRAHLUNG 34
3.3.1 MN02-REDUKTION 34
3.3.2 FE304-REDUKTION 36
3.3.3 VERGLEICH DER REDUKTIONSZEIT VON FE
3
C
4
UND (FEO.
7
MNO.
3
)
3
C
4
37
3.3.4 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 39
3.3.5 UEBERSICHTSMESSUNGEN ZUR SOLARTHERMISCHEN REDUKTION
VON (FEI_XMX)
3
C
4
(M = CA, CO, MG, MN, ZN) 40
4 THERMOCHEMISCHE OXIDATIONSEXPERIMENTE 42
4.1 EINLEITUNG 42
4.1.1 ALLGEMEINES 42
4.1.2 PROBLEMSTELLUNG 42
4.2 THEORETISCHE ASPEKTE 44
4.2.1 THERMOANALYSE 44
4.2.2 BERECHNUNG DER WASSERSTOFFAUSBEUTE AUS DER REAKTION TERNAERER
MISCHOXIDE
MIT WASSER IN ABHAENGIGKEIT VON NICHTSTOECHIOMETRIE UND
SEGREGATIONSEFFEKTEN. 45
4.3 EXPERIMENTELLES 48
4.3.1 SYNTHESE DER EDUKTPHASEN FUER DIE WASSERSPALTUNGSEXPERIMENTE 48
4.3.2 CHARAKTERISIERUNG DER EDUKTPHASEN FUER DIE
WASSERSPALTUNGSEXPERIMENTE 48
4.3.3 APPARATUR ZUR KINETISCHEN UNTERSUCHUNG DER WASSERPALTUNGSREAKTION
53
4.3.4 KOMPLEMENTAERE THERMOANALYTIK MIT GC UND MS 54
4.4 RESULTATE UND DISKUSSION KINETISCHER UNTERSUCHUNGEN MIT
EISENMANGAN-MISCHOXIDEN 55
4.4.1 KINETIK DER WASSERSPALTUNGSREAKTION ALS FUNKTION DES
KATIONENVERHAELTNISSES
FE:MN 55
4.4.2 KINETIK DER WASSERSPALTUNGSREAKTION ALS FUNKTION DER
REAKTIONSTEMPERATUR 58
4.4.3 KINETIK DER WASSERSPALTUNGSREAKTION ALS FUNKTION DES
WASSERPARTIALDRUCKES 61
4.4.4 KINETIK DER WASSERSPALTUNGSREAKTION ALS FUNKTION DER
PARTIKELGROESSE 64
4.4.5 EINFLUSS DER TEMPERATUR AUF DIE DISPROPORTIONIERUNG VON FEO.920,
(FEO.9MNO.I)O.97
UND (FE0.7MN0.3)0.99 67
4.4.6 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 69
4.5 RESULTATE UND DISKUSSION DER OXIDATIONSMECHANISTIK VON
EISENMANGAN-MISCHOXIDEN MIT WASSERDAMPF 74
4.5.1 SEQUENZEXPERIMENT 74
4.5.2 ANALYSE DER LATERALEN ELEMENTVERTEILUNG MIT TEM/EDX 76
4.5.3 ZEITABHAENGIGES KATIONENVERHAELTNIS AUF DER OXIDOBERFLAECHE 78
4.5.4 WASSERSTOFFENTWICKLUNG DURCH EINE 20 M DICKE SPINELLSCHICHT 79
4.5.5 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 80
4.6 QUANTIFIZIERUNG DER WASSERSTOFFAUSBEUTE 83
4.7 UEBERSICHTSMESSUNGEN DER WASSERSTOFFENTWICKLUNG VON (FEN OMN I )I YY
VO
(M = CA, CO, MG, MN, ZN) * 85
5 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND AUSBLICK 88
6 ANHANG 92
6.1 APPARATIVES 92
6.2 NOMENKLATUR 95
6.3 LITERATURVERZEICHNIS 97 |
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