Ob Diesel, Erdgas oder Benzin, Biogas oder Wasserstoff: keramische Hochtemperatur- Brennstoffzellen können unterschiedlichste Brennstoffe in Wärme und Strom verwandeln. Dabei müssen sie extremen thermischen, mechanischen und chemischen Belastungen standhalten. Zusammen mit Partnern aus der Industrie haben Fraunhofer- Forscher jetzt eine Technik entwickelt, die Brennstoffzellen preisgünstige und langlebiger macht.
"Keramische Hochtemperaturbrennstoffzellen werden schon bald ein Massenmarkt sein", prognostiziert Prof. Alexander Michaelis, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden. "Sie eignen sich als mobile Stromgeneratoren für Campingfahrzeuge, Boote, LKWs oder PKWs, aber auch für stationäre Anwendungen zur Strom- Wärme- und Kältegewinnung oder zur Verstromung von Biogas in der Landwirtschaft."
Stacks sind Stapel aus dünnen keramischen Platten, an deren Oberfläche die Brennstoffe durch einen elektrochemischen Prozess direkt in elektrische Leistung umgewandelt werden. Verglichen mit Polymeren, die in Niedertemperaturbrennstoffzellen eingesetzt werden, haben diese keramischen Zellen einen großen Vorteil: Sie können nicht nur reinen Wasserstoff, der schwer zu bekommen ist, sondern auch Methan, Benzin, Diesel, Erd- oder Biogas verstromen. Dieser Prozess ist technisch relativ einfach und daher kostengünstig. In Kombination mit Strom, Wärme- beziehungsweise Kältekopplung lassen sich Wirkungsgrade von mehr als 90 Prozent erreichen – mehr als mit jeder anderen Technologie.
Die Stacks im Inneren der Brennstoffzelle müssen dabei allerdings einiges aushalten: Die Betriebstemperatur kann bis zu tausend Grad betragen. Dabei herrschen auf der Brenngasseite der keramischen Zellen extrem reduzierende und auf der Luftseite extrem oxidierende Bedingungen. Die Entwicklung von Materialien, die solche aggressiven Bedingungen dauerhaft aushalten, ist selbst für erfahrene Werkstoffforscher eine Herausforderung. Ein Team am IKTS hat jetzt zusammen mit den Industriepartnern H.C. Starck GmbH, sowie der Webasto AG Verbundstoffe aus Metall, Keramik und Glas entwickelt, die besonders gut für den Bau kostengünstiger und robuster Stacks geeignet sind – bereits jetzt wurde eine Lebensdauer von über 5.000 Stunden erreicht. Das neue Stack-Design soll schon bald in Serie gehen.
(Fraunhofer-Gesellschaft, 16.05.2006 – NPO)
