Jülicher Wissenschaftler haben eine neue Bestmarke bei einer vielversprechenden Energietechnologie gesetzt: Gleich zwei Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stapel (Stacks) erreichten eine Betriebsdauer von 15.000 Stunden.
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Heiße Kandidaten für den künftigen Einsatz in Gebäuden, Kraftwerken und Fahrzeugen sind Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Festelektrolyt – Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs). Sie wandeln chemische Energie direkt und effizient in elektrische Energie um – damit sparen sie Ressourcen und vermeiden Emissionen.
„Stacks“ der Generation 3
Im Forschungszentrum Jülich wurden nun „Stacks“ der Generation 3 aufgebaut. Bei der dort verfolgten so genannten planaren Technik werden in diesen Stacks die einzelnen Zellen aufeinander gestapelt, um eine höhere Spannung zu erreichen.
Wissenschaftler des Instituts für Energieforschung (IEF) und der Zentralabteilung Technologie (ZAT) haben nun zwei solcher Stacks erfolgreich über jeweils 15.000 Stunden betrieben. „Dabei lieferten sie im Schnitt eine Leistung von 0,4 Watt pro Quadratzentimeter, etwa das Doppelte, was heute in kommerziellen Systemen vorgesehen ist“, sagt Robert Steinberger-Wilckens, Leiter des Projekts „Brennstoffzelle“ am Forschungszentrum.
Für den Einsatz in Fahrzeugen reichen bereits 5.000 bis 10.000 Stunden aus, für eine stationäre Stromversorgung sind aber Betriebszeiten von über 40.000 Stunden notwendig. „Wir sind dem Ziel, solche Betriebszeiten zu realisieren, wieder ein gutes Stück näher gekommen”, freut sich Steinberger-Wilckens.
Zellen altern langsamer
„Zudem haben wir die Langläufer-Stacks bei vergleichsweise geringen 700 °C betrieben – dadurch altern die Zellen langsamer“, so Steinberger. Die Alterung oder Degradation einer Brennstoffzelle wirkt sich als allmählicher Verlust an Leistung aus – ähnlich wie bei Batterien. Bemerkenswert ist bei den Jülicher Stacks, dass die Degradation der Zellen über die bisher erreichte Laufzeit lediglich zehn Prozent betrug. Gemeinhin wird das Lebensende eines Stacks bei 20 Prozent Leistungsverlust angesetzt.
Gelingt es also, die Stacks ungestört noch weiter zu betreiben, so haben sie nach Angaben der Wissenschaftler theoretisch das Potenzial, 30.000 Stunden zu schaffen – eine für Stacks dieser Bauart bisher für unerreichbar gehaltene Betriebszeit. Damit wären sie für rund vier Jahre ununterbrochenen Betrieb qualifiziert. Bei unterbrochener Betriebsweise, z.B. in der Gebäudeheizung, entspräche das sogar einer Lebensdauer von fünf bis zehn Jahren.
Dünne Funktionsschichten
Leistungsfähigere Zellen mit präzise aufgebrachten dünnen Funktionsschichten ermöglichten ein Senken der Betriebstemperatur. Außerdem vermindern der von Jülich entwickelte spezielle SOFC-Stahl CroFer und der im EU-Projekt Real-SOFC qualifizierte Stahl ITM zusammen mit entsprechenden Schutzschichten die Freisetzung von Korrosionsprodukten und verlängern damit die Lebensdauer.
(Forschungszentrum Jülich, 18.05.2009 – DLO)
