Entwicklung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC) hoher Leistung Förderkennzeichen

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1 Entwicklung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC) hoher Leistung ( ) Auszug aus JAHRESBERICHT 2000 Entwicklung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC) hoher Leistung Förderkennzeichen bearbeitet von erstellt am:

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4 4 Fachinformationszentrum Karlsruhe Projekt-Nr.: Jahresbericht 2000 LPS: E22231 Thema: Durchführung: ENTWICKLUNG VON HOCHTEMPERATUR-BRENNSTOFFZELLEN (SOFC) HOHER LEISTUNG SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ERLANGEN Projektleitung: SCHICHL, HERMANN, DR. Laufzeit: Gesamtkosten: ,0 0 DM Förderanteil des Bundes 40,00 % Zielsetzung Die Oxidkeramische-Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) kann aufgrund ihres hohen Systemwirkungsgrades und der geringen Umweltbelastung bei der zukünftigen Energieversorgung eine bedeutende Rolle spielen. Nachteilig wirken sich derzeit die hohen Herstellungskosten aller vorliegenden Konzepte aus. Hier liegt der wissenschaftliche und technische Schwerpunkt dieses Vorhabens. Die leistungsspezifischen Herstellungskosten des Röhrenkonzepts sollen durch Erhöhung der Leistungsdichte und Entwicklung kostengünstiger Fertigungsverfahren gesenkt werden. Arbeitsprogramm 1. Zwischenschicht 2. Ersatz des EVD-Verfahrens 3. Integrierte Flachzelle 4. Verbesserung des Zellkontakts 5. System- und Anlagentechnik für den europäischen Markt Aktueller Stand der Arbeiten 1. Zwei Kathodenzwischenschichten auf Basis (LaCa)-Manganat/YSZ und (LaSr)- Manganat/YSZ wurden qualifiziert. In Langzeitversuchen über 1000h bei 850 C zeigen beide Zwischenschichten stabile Kathodenpolarisationswiderstände. Die Meßwerte, die Diffusion und die elektrochemische Reaktion beinhalten, liegen bei kleiner/gleich 0.5 Wcm² und damit ca. 50% unter den Werten der gegenwärtigen Rohrzelle. Gleichzeitig wurde als kostengünstige und von der Qualität mit den Siebdruckschichten vergleichbar das Roller Coating als Herstelltechnik etabliert. Damit wurde der Projektmeilenstein termingerecht erfüllt. 2. Im wesentlichen werden drei Verfahren: Vakuumschlickerguß (FZ-Jülich), Thin Film LPPS (Sulzer Metco) und Vakuumplasmaspritzen (DLR) bearbeitet. Sowohl mit dem

5 Fachinformationszentrum Karlsruhe 5 Schlickerguß als auch mit dem VPS ist es gelungen, gasdichte Schichten herzustellen. Bei ersterem, dem kostengünstigsten Verfahren, ist mit 1350 o C die Sintertemperatur noch um 100 o C zu hoch, das letztere ist von der Kostenseite her nicht das Verfahren der Wahl. Das ursprünglich als bevorzugt angesehene Thin Film LPPS führt bis heute zu keinen dichten Schichten. Möglicherweise ist eine Kombination von diesem Verfahren mit VSG in allen Punkten erfolgversprechend. Erste Versuche führten zu positiven Ergebnissen. 3. Es wurden Rohranordnungen bis zu acht in Reihe problemlos hergestellt. Die von der Leistungsseite her günstigste Geometrie wurde mittels FE-Analyse ermittelt. Bei zwölf Rohren mit einer defineierten Geometrie in Reihe erniedrigt sich der Materialeinsatz um einen Faktor zwei, gleichzeitig veringert sich die Bauhöhe der Rohre von 180 auf 70 cm. Die Entwicklung der zugehörigen Rohrmeßtechnik ist abgeschlossen. 4. Die Arbeiten sind dem Zeitplan entsprechend abgeschlossen. Die Ergebnisse können in die Produktion einfließen. Für die Kontaktechnik mit Nickelnetzen werden Fertigungsverfahren von kompletten und leicht handhabbaren Streifen in Anlehnung an bestehende Technologien mit der Industrie erörtert und Angebote eingeholt. Insbesondere mit der Fa. Kufferrath werden intensive Gespräche geführt. 5. Im Mittelpunkt der Aktivitäten stand neben dem Bemühen, Komponenten preisgünstig auf dem deutschen Markt zu beschaffen, die Erfahrungen deutscher Firmen für die Weiterentwicklung der Anlagen zu nutzen. Über vereinfachte Konstruktionen und kostengünstigere Materialien sollen die Herstellkosten für die Anlage gesenkt werden. Gleichzeitig sollen diese Firmen als Lieferanten qualifiziert werden. Tests mit den Produkten folgender Firmen laufen: GKD Gebr. Kufferath (Dürren) Nickelnetze; Rath GmbH (Mönchengladbach) Strukturmaterial für den Stack; Wacker Chemie (Kempten) und HT-Troplast (Troisdorf) Isolationsmaterial, CeramTec (Marktredwitz) und Schunk Ingenieurkeramik GmbH (Willich Münchheide) Lufteinleitungsrohr, SMA Regelsysteme GmbH (Niesetal) Inverter.

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