Experimentelle Untersuchungen zur Oxidation von Graphitfolien thermischer Energiespeicher

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist es, durch die Untersuchung der eingesetzten Graphitfolien zur Verbesserung des Wärmetransports die Entwicklung von effizienten Wärmespeichern voranzutreiben. Die Diplomarbeit bezieht sich auf Kernprobleme bezüglich der Materialcharakterisierung von Graphitfolien, die für einen Einsatz von Feststoffspeichern zu lösen sind. Der Einsatz von Graphit in Wärmespeichern wird bei Luftkontakt durch die mit der Temperatur steigende Oxidation begrenzt. Die Graphitoxidation ist somit unerwünscht und sollte beim Einsatz von Graphitfolien in Wärmespeichern auf eine vernachlässigbare Oxidationsrate begrenzt sein. Hauptziel der Arbeit ist es, die Oxidation von Graphitfolien in Luftsauerstoff in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern zu untersuchen. Zu diesen Parametern gehören Temperatur, Sauerstoffpartialdruck, Folientyp und Morphologie des Graphits. Im theoretischen Teil der Arbeit wurden das Reaktionsverhalten mittels der Arrhenius-Beziehung untersucht und die wesentlichen Mechanismen bei der Oxidation erklärt. Hierzu wurden Versuche zur Graphitoxidation mit Luftsauerstoff in einem Luftumwälzofen und thermogravimetrischen Analysen durchgeführt. In der thermogravimetrischen Analyse wurden verschiedenen Graphitfolientypen untereinander verglichen. Die eigenen Ergebnisse wurden, soweit vorhanden, mit Angaben aus der Literatur verglichen. Im Ofen wurde der Einfluss der Diffusion des Luftsauerstoffs durch die Begrenzung der Luftzutrittsflächen nachgewiesen. Die Ergebnisse wurden für eine Abschätzung der Lebenserwartung der Graphitfolie beim Einsatz in sensiblen Betonwärmespeichern bei Temperaturen von bis zu 500 °C genutzt.