15. Feb 2019

Jülicher Hochtemperatur-Brennstoffzellen nach 100‘000 Stunden im Dauerbetrieb bei 700 Grad. ©Bild: Forschungszentrum Jülich/Regine Panknin

Äusserlich wenig gealtert: SOFC-Stack vor dem Start des Versuchs im Jahr 2007 (links) und im Jahr 2019 nach 100‘000 Stunden im Dauerbetrieb (rechts). ©Bild: Forschungszentrum Jülich

Hochtemperatur-Brennstoffzelle SOFC: Erreicht mehr als100‘000 Stunden Lebensdauer bei Temperatur von 700 Grad

(ee-news.ch) Die 100‘000 Stunden Lebensdauer hatten sie noch abgewartet, dann leiteten Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich vor einigen Tagen schrittweise das Ende ihres Langzeitversuchs ein. Mehr als elf Jahre lang hatten sie eine von ihnen entwickelte Brennstoffzelle bei einer Temperatur von 700 Grad betrieben. Über zehneinhalb Jahre lang lieferte die Hochtemperatur-Brennstoffzelle während dieser Zeit Strom.


So lange war bisher noch keine andere Hochtemperatur-Brennstoffzelle in Betrieb. Der Nachweis einer derart langen Lebensdauer gilt als wichtiger Schritt für die Entwicklung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die höchste Wirkungsgrade erzielen. Anfangs hätte kaum jemand gedacht, dass eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle über so einen langen Zeitraum betrieben werden könne, erklärt Ludger Blum vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3), der das Langzeitexperiment seit Beginn begleitet.

Wirtschaftlicher Einsatz ab 40‘000 Betriebsstunden
Keramische Hochtemperatur-Brennstoffzellen erreichen die höchsten Wirkungsgrade und gelten als besonders wartungsarm. Die hohe Betriebstemperatur stellt aber auch grosse Anforderungen an die verbauten Materialien. Mögliche Anwendungsgebiete sind die dezentrale Strom- und Wärmeversorgung im Haushalt, in grösseren Wohngebieten oder in der Industrie sowie Systeme für Züge oder Schiffe. 5 bis 10 Jahre oder umgerechnet 40‘000 bis 80‘000 Stunden müssen Hochtemperatur-Brennstoffzellen dabei laufen, damit der Einsatz wirtschaftlich werden kann.

Die Jülicher Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), was übersetzt Festoxid-Brennstoffzelle heisst, hielt sogar noch deutlich länger durch. Mit dem Langzeitexperiment wiesen die Forscher erstmalig eine Lebensdauer von 100‘000 Stunden nach. Seit dem Start des Versuchs am 6. August 2007 lieferte der aus zwei Zellen bestehende Zellstapel über 93‘000 Stunden kontinuierlich Strom, insgesamt ca. 4600 kWh. Zum Vergleich: Das entspricht in etwa der Strommenge, die ein Einfamilienhaushalt in einem Jahr verbraucht.

Und wie sieht es Innern aus?

Mit dem Abschalten der SOFC kommen nun neue Aufgaben auf die Forscher zu. Äusserlich haben sich die metallischen Bauteile im Laufe der Jahre erkennbar verändert. Die metallisch-silbrig glänzende Oberfläche ist deutlich dunkler geworden, fast schwarz. Doch abgesehen von dieser unvermeidlichen oberflächlichen Oxidation sind von aussen keine negativen Veränderungen festzustellen. Jetzt werden die Forscher schauen, wie es im Inneren aussieht. Mit unterschiedlichen Methoden werden sie in den kommenden Wochen und Monaten nun genau analysieren, wie sich die jahrelange extreme thermische Belastung auf die keramischen Komponenten, Glaslot-Dichtungen und metallische Verbindungsstücke, die sogenannten Interkonnektoren, ausgewirkt hat. Die Erkenntnisse fliessen in die Entwicklung neuer Materialien und Designansätze ein, um die Alterungsbeständigkeit weiter zu verbessern.

Reversibel betreibbare Version der SOFC
Aktuell testen die Wissenschaftler um Luder Blum eine reversibel betreibbare Version der SOFC. Diese liefert nicht nur Strom, sondern kann in einem umgekehrten Betriebsmodus auch Wasserstoff und Sauerstoff durch Wasserelektrolyse erzeugen. Auch diese Weiterentwicklung hat schon erste sehr gute Ergebnisse erzielt. Sie ist die erste Hochtemperatur-Brennstoffzelle, die im Wasserstoffbetrieb mit 62 Prozent einen Wirkungsgrad von über 60 Prozent erreicht.

Text: ee-news.ch, Quelle: Forschungszentrum Jülich

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