Forschungszentrum Jülich
Keramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen schaffen Betriebsdauer-Weltrekord
Seit 8 Jahren, respektive 70.000 Betriebsstunden ist der Zellstapel mit Festoxid-Brennstoffzellen im Forschungszentrum Jülich in Betrieb. Mit solchen Betriebsdauern gelangt die Technologie in den Bereich der Wirtschaftlichkeit.
»Die Betriebstemperatur von 700 Grad Celsius stellt enorme Anforderungen an die verwendeten Materialien«, sagt Harald Bolt, Mitglied des Vorstands des Forschungszentrum Jülich. »Mit dem Rekord können wir nun erstmals nachweisen, dass die von uns entwickelten Werkstoffe auch in Kombination anwendungsreif und über solch einen langen Zeitraum funktionstüchtig sind, was anfangs kaum jemand für möglich gehalten hatte«, so Bolt weiter.
Der »Solid Oxide Fuel Cells« (SOFC), bzw. »Festoxid-Brennstoffzellen« verwendende Zellstapel im Forschungszentrum Jülich ist mit 70.000 ununterbrochenen Betriebsstunden länger in Betrieb als alle Brennstoffzellen mit keramischen Zellen zuvor. Wirtschaftlichkeitsberechnungen gehen davon aus, dass die mit einem elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 60 Prozent arbeitenden Brennstoffzellen 5 bis 10 Jahre, respektive 40.000 bis 80.000 Stunden laufen müssen, damit der Einsatz wirtschaftlich Sinn macht.
In dem am 6. August 2007 begonnenen Experiment haben die in Jülich entwickelten Festoxid-Brennstoffzellen ihre Haltbarkeit bewiesen. Der aus zwei Zellen bestehende Stapel wird mit Wasserstoff als Brenngas betrieben, ist jedoch auch für Methan geeignet. Die Brennstoffzellen verwenden eine flache Keramikfläche als Anodensubstrat, mit der sich aufgrund des geringeren internen Widerstands eine höhere Leistungsdichte bei abgesenkten Temperaturen erzielen lässt.
Der Stapel lieferte seit Beginn des Experiments 3.400 kWh Strom und wies eine – am Absinken der Spannung und Leistungsverlust erkennbare – Alterung von 0,6 Prozent pro 1.000 Arbeitsstunden auf. Ein 2010 entwickelter Stapel alterte während 34.500 Betriebsstunden bereits nur noch halb so schnell.
Die SOFC-Technologie wurde in Jülich mit umfangreichen Forschungsanstrengungen vorangetrieben, die bereits in über 95 Patenten mündeten. Viele Komponenten des Rekord-Stacks stammen ebenfalls aus Jülich, wie die keramischen Zellen, die Kontaktschichten und eine spezielle Glaskeramik, die wegen der hohen Temperaturen zur Abdichtung zum Einsatz kommt. Die österreichische Firma Plansee SE in Reutte lieferte das Material für die Zwischenplatten, mit denen sich die Zellen zu einem Stapel zusammensetzen lassen. Der bisherige Weltrekord-Stack (69.000 Betriebsstunden) verwendete Rohrzellen und stammte von der Siemens Westinghouse Power Corporation (SWPC).
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