Projekt

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Design of perovskite and doped-ceria redox materials for high performance solar thermochemical splitting of H2O and CO2

Titel Englisch Design of perovskite and doped-ceria redox materials for high performance solar thermochemical splitting of H2O and CO2
Gesuchsteller/in Steinfeld Aldo
Nummer 162435
Förderungsinstrument Projektförderung (Abt. I-III)
Forschungseinrichtung Institut für Energietechnik ETH Zürich
Hochschule ETH Zürich - ETHZ
Hauptdisziplin Anorganische Chemie
Beginn/Ende 01.01.2016 - 31.12.2018
Bewilligter Betrag 196'007.00
Alle Daten anzeigen

Alle Disziplinen (4)

Disziplin
Anorganische Chemie
Maschineningenieurwesen
Materialwissenschaften
Chemische Verfahrenstechnik

Keywords (10)

thermochemical; redox; perovskite; ceria; syngas; DFT; water splitting; CO2 splitting; solar energy; solar fuel

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Solar fuels production from H2O and CO2 via high-temperature thermochemical redox cycling
Lay summary
Saubere und nachhaltige Brennstoffe sind eine zentrale Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Solar-thermochemische Zyklen für die Spaltung von H2O und CO2 auf der Basis von Redoxreaktionen geeigneter Metalloxide sind ein energieeffizienter Ansatz, um H2 und CO Mischungen (Syngas) als Vorläufer synthetischer Kraftstoffe zu erzeugen. Ziel des Projektes ist die Erweiterung des Verständnisses fundamentaler physiko-chemischer Prinzipien, welche die Leistung thermochemisch einsetzbarer Metalloxide bestimmen, um auf diesem Wege ihre solarthermische Ausbeute mit neuen Design- und Optimierungsstrategien zu erhöhen. Eine zentrale Aufgabe ist dabei die Kosten-Nutzen-Analyse des Wechselspiels zwischen der Thermodynamik nichtstöchiometrischer Redoxreaktionen und der entsprechenden Sauerstoffdiffusions-Kinetik. Im ersten Schritt des Projektes werden Ceroxid-Materialien als solarthermische Benchmarks durch kationische Substitutionsstrategien optimiert. Ausgehend von diesen Standards werden in der nächsten Projektphase Oxide vom Perovskit-Typ im Hinblick auf ihre thermo-mechanische Stabilität, Redoxkapazität und Sauerstoffleitfähigkeits-Kinetik als massgebende Optimierungs-Parameter untersucht. Ausgewählte Deskriptoren werden darüber hinaus durch systematisches  Screening auf der Basis von DFT-Methoden angesteuert, und die resultierenden theoretischen Trends werden mit thermodynamischen und festkörperchemischen Analysen der Zielmaterialien korreliert.
Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 06.10.2015

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Verbundene Projekte

Nummer Titel Start Förderungsinstrument
170735 Solar Concentrator-Reactor Setup for the Thermochemical Production of Renewable Liquid Fuels from H2O and CO2 01.12.2016 R'EQUIP

Abstract

Clean and sustainable fuels for transportation are a central challenge of the 21st century. Solar-driven H2O and CO2 splitting thermochemical cycles employing metal oxide redox reactions offer an energetically efficient approach for generating H2 and CO (syngas) as a precursor of liquid hydrocarbon fuels. This proposal aims at advancing our fundamental understanding of the physical chemistry principles that govern the performance of metal oxide redox materials, so that we can design and optimize these materials for maximizing the solar-to-fuel energy conversion efficiency. The research involves analyzing the tradeoffs between the thermodynamics of nonstoichiometric redox reactions versus the kinetics of oxygen vacancy diffusion. An assessment of ceria-based materials as benchmark reference will be performed, targeting the optimization of CeO2 through cationic doping strategies. Novel perovskite-based materials will be examined to outline descriptors of their thermo-mechanical stability, redox capacity, and oxygen conduction kinetics. Systematic DFT-based computational screening of defined performance descriptors will be employed and experimentally validated through thermogravimetric analysis and solid state characterization.
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