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Nikolas Grünwald

• Atmosphärisch plasmagespritzte Mn\(_{1,0}\)Co\(_{1,9}\)Fe\(_{0,1}\)O\(_{4}\) (MCF) Chromverdampfungsschutzschichten können die chrombedingte Alterung von Festoxidbrennstoffzellen (SOFCs) stark reduzieren. Jedoch durchlaufen sie im Langzeitbetrieb einer SOFC starke Mikrostruktur- und Phasenveränderungen, deren Einfluss auf die Funktionalität in dieser Arbeit untersucht wurde. Zusammenfassend lassen sich die beobachteten Phänomene durch eine thermisch aktivierte Phasenumwandlung beschreiben. Der Spritzprozess führt zu einer Abscheidung des MCF in einer, bei Raumtemperatur metastabilen, Steinsalzphase. Durch Auslagerung an Luft geht diese in eine, bei niederen Temperaturen (<1100°C) stabile, Spinellphase über. Die Aufnahme von Luftsauerstoff, die mit dieser Transformation verbunden ist, ruft eine Volumenexpansion des MCF hervor. Hierdurch werden Risse, die in frisch applizierten Schichten vorhanden sind, geschlossen. Thermodynamische und kinetische Berechnungen beschreiben die anschließende Entmischung des Materials.
• Atmospherically plasma sprayed (APS) Mn\(_{1,0}\)Co\(_{1,9}\)Fe\(_{0,1}\)O\(_{4}\) (MCF) coatings between interconnector and cathode diminish chromium related degradation of SOFCs efficiently. Strong microstructural changes and phase transformations of these coatings during operation can be observed and were investigated in detail in this work. All changes could be explained by a thermally induced phase transformation of the MCF. The material is deposited in a metastable rock salt configuration due to high temperatures during APS and the shock cooling on the cold substrate. Simulating SOFC operation conditions by annealing the samples in air leads to a transformation into a low temperature stable (T<1100°C) spinel configuration. An incorporation of oxygen during this phase transformation causes a volume expansion of the MCF. Thereby cracks, which are present in as-sprayed coatings, are closed. Thermodynamic and kinetic calculations help to understand the demixing, which follows the crack healing.