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Thermogravimetric Analysis of Zirconia-Doped Ceria for Thermochemical Production of Solar Fuel

Call, Friedemann und Roeb, Martin und Schmücker, Martin und Bru, Hélène und Curulla-Ferre, Daniel und Sattler, Christian und Pitz-Paal, Robert (2013) Thermogravimetric Analysis of Zirconia-Doped Ceria for Thermochemical Production of Solar Fuel. American Journal of Analytical Chemistry (AJAC), 4 (10A), Seiten 37-45. Scientific Research Publishing. doi: 10.4236/ajac.2013.410A1005. ISSN 2156-8251.

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Offizielle URL: http://www.scirp.org/journal/PaperInformation.aspx?PaperID=37313

Kurzfassung

Developing an efficient redox material is crucial for thermochemical cycles that produce solar fuels (e.g. H2 and CO), enabling a sustainable energy supply. In this study, zirconia-doped cerium oxide (Ce1−xZrxO2) was tested in CO2-split- ting cycles for the production of CO. The impact of the Zr-content on the splitting performance was investigated within the range 0 ≤ x < 0.4. The materials were synthesized via a citrate nitrate auto combustion route and subjected to ther- mogravimetric experiments. The results indicate that there is an optimal zirconium content, x = 0.15, improving the specific CO2-splitting performance by 50% compared to pure ceria. Significantly enhanced performance is observed for 0.15 ≤ x ≤ 0.225. Outside this range, the performance decreases to values of pure ceria. These results agree with theo- retical studies attributing the improvements to lattice modification. Introducing Zr4+ into the fluorite structure of ceria compensates for the expansion of the crystal lattice caused by the reduction of Ce4+ to Ce3+. Regarding the reaction conditions, the most efficient composition Ce0.85Zr0.15O2 enhances the required conditions by a temperature of 60 K or one order of magnitude of the partial pressure of oxygen p(O2) compared to pure ceria. The optimal composition was tested in long-term experiments of one hundred cycles, which revealed declining splitting kinetics.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/84536/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Thermogravimetric Analysis of Zirconia-Doped Ceria for Thermochemical Production of Solar Fuel
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Call, Friedemannfriedemann.call (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roeb, MartinMartin.roeb (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmücker, MartinMartin.Schmuecker (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bru, HélèneTotal S.A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Curulla-Ferre, DanielTotal S.A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, Christianchristian.sattler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pitz-Paal, Robertrobert.pitz-paal (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2013
Erschienen in:American Journal of Analytical Chemistry (AJAC)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:4
DOI:10.4236/ajac.2013.410A1005
Seitenbereich:Seiten 37-45
Verlag:Scientific Research Publishing
ISSN:2156-8251
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Water Splitting; CO2 Splitting; Thermochemical Cycle; Ceria; CO; Solar Fuels; Hydrogen; H2; Zirconia; Synthesis Gas
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Konzentrierende Solarsysteme (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SF - Solarforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Verfahrenstechnik (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Solare Verfahrenstechnik
Institut für Werkstoff-Forschung > Keramische Strukturwerkstoffe
Hinterlegt von: Sattler, Prof. Dr. Christian
Hinterlegt am:17 Okt 2013 14:10
Letzte Änderung:17 Okt 2013 14:10

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