Untersuchung der Reaktion bei der Verbrennung von Lithium in Kohlenstoffdioxid und kohlenstoffdioxidhaltigen Atmosphären

Lithium ist durch seine hohe Energiedichte ein hervorragender Kandidat zur Verwendung als chemischer Energiespeicher. Als Entladungsvorgang dient dabei die Verbrennung des Lithiums in verschiedenen Atmosphären. Die bei der Verbrennung entstehenden festen Lithiumsalze können mit Hilfe der Elektrolyse wieder in elementares Lithium umgewandelt werden. Dadurch entsteht ein geschlossener Materialkreislauf mit der Möglichkeit der mehrmaligen Verwendung des Brennstoffs. Besonders die Verbrennung von Lithium in CO2 oder N2 bietet dabei Vorteile, da die neben den Lithiumsalzen entstehenden Reaktionsprodukte (Kohlenstoffmonoxid und Ammoniak) als hochwertige Ausgangsstoffe für weitere chemische Prozesse dienen können. Für die grosstechnische Anwendung des Lithiums als Energiespeicher und Lieferant chemischer Wertstoffe ist ein kontinuierlicher Verbrennungsprozess nach Vorbild der Ölverbrennung aus sicherheitstechnischen Aspekten unverzichtbar. Die Untersuchung der Zerstäubung von Metallschmelzen wird zwar vermehrt in der Literatur analysiert, allerdings nur unter dem Fokus der Erzeugung von Metallpartikel, die in ihrem erstarrten Zustand weitere Anwendung finden. Um Metalle als Energiespeicher zu verwenden, wurde vor allem die Reaktion am Einzelpartikel untersucht. Über die Zerstäubung und die gleichzeitige Zündung und Verbrennung des erzeugten Metallsprays und dabei insbesondere des Lithiumsprays ist bisher sehr wenig bekannt. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit grundlegende Untersuchungen zur Zerstäubung der Lithiumschmelze sowie zur thermischen Zündung und zur Verbrennungsreaktion des erzeugten Lithiumsprays durchgeführt. Da die ersten Versuche im Labormassstab stattfinden, wird der Versuchsstand sowie die Düse auf eine Verbrennungsleistung von maximal 30 kWth ausgelegt. Dafür sind niedrige Lithiummassenströme unterhalb 0,8 g/s notwendig, wobei eine feine Zerstäubung erzielt werden soll. Dies kann mit Hilfe der in dieser Arbeit analysierten Zweistoffdüse erzielt