Elektrotechnik. Brennstoffzellen. Zijad Lemeš. Hochschule Darmstadt

Elektrotechnik Brennstoffzellen Zijad Lemeš Hochschule Darmstadt

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 1 1.1 Aufbau und Funktionsweise... 3 1. Thermodynamik und Elektrochemie... 10 1.3 Wirkungsgrad... 4 1.4 Durchflussberechnung und Umrechnungen... 30 Brennstoffzellentypen 35.1 Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC)... 36. Direktmethanol Brennstoffzelle (DMFC)... 41.3 Alkalische Brennstoffzelle (AFC)... 44.4 Phosphorsaure Brennstoffzelle (PAFC)... 47.5 Schmelzkarbonat Brennstoffzelle (MCFC)... 48.6 Festoxyd Brennstoffzelle (SOFC)... 49 3 Brennstoffzellensysteme 53 3.1 Stationär... 53 3. Mobil... 6 3.3 Portabel... 69 4 Wasserstoff 73 4.1 Produktion... 76 4. Speicherung... 81 5 Literaturverzeichnis 86 6 Lösungshinweise zu den Aufgaben 87 7 Glossar 9 8 Stichwortverzeichnis 95 IV

Brennstoffzellentypen In diesem Kapitel werden Sie die wichtigsten Brennstoffzellentypen und deren Charakteristiken kennen lernen. In der nachfolgenden Abbildung.1 sind die Brennstoffzellentypen mit ihren englischen Namen dargestellt und die zugehörigen Abkürzungen, die sich auch im Deutschen als Bezeichnung durchgesetzt haben. Abbildung.1: Brennstoffzellentypen Die einzelnen Brennstoffzellentypen unterscheiden sich durch den verwendeten Elektrolyten, dieser ist bis auf die DMFC auch der Namensgeber. Der E- lektrolyt wiederum bestimmt die Betriebstemperatur der Brennstoffzelle, denn unterschiedliche Elektrolyten benötigen unterschiedliche Mindesttemperaturen, um eine ausreichend hohe Ionenleitfähigkeit zu gewährleisten. Nach oben ist die Temperatur durch die Temperaturbeständigkeit der Materialien begrenzt. Typische Betriebstemperaturen sind in Abbildung.1 rechts angegeben. Wobei zu beachten ist, dass die Temperaturbereiche in den die jeweiligen Brennstoffzellen betrieben werden können deutlich größer sind, so können die AFC und die PEMFC, wenn auch mit höheren Verlusten, auch schon bei Raumtemperatur betrieben werden. 35

.1 Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC) Die PEMFC ist die derzeit am weitesten verbreitete Brennstoffzelle. Zu ihrer Verbreitung hat insbesondere beigetragen, dass dieser Brennstoffzellentyp in Brennstoffzellenfahrzeugen zum Einsatz kommt und dadurch die Entwicklung von mehreren bedeutenden Herstellen vorangetrieben wurde. Dies wiederum hat dazu geführt, dass auch Hersteller aus anderen Branchen wie Heizungsoder Elektronikhersteller auf diese Entwicklung gesetzt haben und ihrerseits dazu beigetragen haben, dass die PEMFC sich noch weiter verbreitet. Die prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise der PEMFC sind schon in Abschnitt 1.1 beschrieben. In diesem Abschnitt werden weitere Details zum Aufbau und insbesondere zum Wasserhaushalt erläutert. Die nachfolgende Abbildung. zeigt den Aufbau einer PEMFC und die einzelnen typischen Schichtdicken, sowie den Ladungstransport innerhalb der Zelle. Abbildung.: Aufbau eine PEMFC Das Herzstück der Zelle ist die protonenleitende Membran, die die zwei Elektroden gasdicht voneinander trennt und isolierend für die Elektronenleitung 36

wirkt. Ein entscheidender Faktor für die Leitfähigkeit der Membran und damit der gesamten Zelle ist der Wassergehalt in der Membran. Die Leitfähigkeit als Funktion des Wassergehalts zeigt die nachfolgende Abbildung. 0, Leitfähigkeit / S/cm 0,15 0,1 0,05 T= 80 C T= 30 C 0 0 5 10 15 0 Wassergehalt Abbildung.3: Leitfähigkeit der Membran als Funktion des Wassergehalts und der Temperatur Der Wassergehalt ist definiert als das Verhältnis der Wassermolekülen zur Anzahl der SO 3 - -Ionen: nho λ Mem = (.1) n SO 3 Die Kurven in Abbildung.3 sind mit folgender empirischen Gleichung berechnet worden, die aus Messungen an einer Membran des Herstellers DuPont mit dem Produktname Nafion stammt. 1 1 168 303 T κ Mem = ( 0,005139λMem 0,0036) e (.) Aus Abbildung.3 ist zu erkennen, dass neben dem steigendem Wassergehalt auch eine höhere Temperatur zu einem Anstieg der Leitfähigkeit für. Das ist ein typisches verhalten für einen Ionenleiter. Damit ein ausreichender Wassergehalt der Membran sichergestellt ist, reicht das an der Kathode in der Brennstoffzellenreaktion produzierte Wasser in der Regel nicht aus. Daher werden in realen Systemen die Betriebsgase bevor sie der Zell zugeführt werden befeuchtet. Aus Messungen kann ermittelt werden, wie sich der Membranwiderstand bei unterschiedlichen Eintrittsfeuchten der Gase verhält und daraus ein optimaler Betriebsbereich abgeleitet werden. 37

Es gilt allgemein: λ Mem = f ( ϕ) (.3) Wobei φ die relative Feuchte ist, die aus dem Verhältnis des aktuellen in dem Gasstrom herrschenden Partialdrucks des Wasserdampfs zu dem Sättigungsdampfruck berechnet werden kann. = HO ϕ (.4) p p H O,sat Der Sättigungsdampfdruck ist eine Funktion der Temperatur und ist durch die folgende empirische Antoine-Gleichung beschrieben. 4064,95 19,016 T + 36,5 3 p H O, sat = e 10 (.5) In der obigen Gleichung ist die Temperatur in C einzusetzen, das Ergebnis ist der Sättigungsdampfdruck in bar. Die Gleichung ist gültig im Bereich zwischen 0 und 100 C Die nachfolgende Abbildung veranschaulicht den Verlauf des Sättigungsdampfdrucks über der Temperatur berechnet mit der Antoine-Gleichung. Sättigungsdampfdruck 1, Sättigungsdampfdruck / bar 1,0 0,8 0,6 0,4 0, flüssig gasförmig 0,0 0,00 0,00 40,00 60,00 80,00 100,00 10,00 Temperatur / C Abbildung.4: Sättigungsdampfdruck 38

Sättigungsdampfdruck ist der maximale Wasserdampfdruck der bei der jeweiligen Temperatur in einem Gasgemisch herrschen kann. Das bedeutet, würde noch mehr Wasserdampf zugeführt, dann würde dies rein theoretisch zu einer relativen feuchte größer 100 % führen, praktisch bedeutet das, dass es zur Auskondensierung des Wassers kommt. Ein Beispiel für einen Vorgang aus dem Alltag der auf diesen Zusammenhang zurückzuführen ist, ist das Auskondensieren des Wassers auf einem kühlen Getränkeglas in heißen, schwülen Sommertagen. Die Luft kann aufgrund der hohen Temperatur viel Wasser aufnehmen. Kommt dann die warme feuchte Luft in Kontakt mit der kalten Glaswand, führt dies zur Absenkung der Temperatur und damit des Sättigungsdampfdrucks was wiederum zum Auskondensieren des Wassers führt. Um den Gesamtdruck eines Gasgemisches zu berechnen, werden nach Dalton- Gesetz die Partialdrücke der einzelnen Komponenten addiert. = i p ges p i (.6) Das bedeutet, dass jede Komponente innerhalb des Gasgemisches entsprechend ihrem Anteil an der Gesamtmenge einen Druck ausübt. p i = y p (.7) i ges Oder anders ausgedrückt, der Anteil einer Komponente i kann aus dem Verhältnis ihres Partialdrucks zum Gesamtdruck berechnet werden p i y i = (.8) pges In einem Gasgemisch gilt außerdem. n i y i = (.9) nges Oder für den Fall, dass es sich um einen Teilchendurchfluss handelt. 39

y i n& n& i = (.10) ges So kann nun aus den Gasdurchflüssen und der Gaszusammensetzung die relative Feuchte am Eingang des Stacks berechnet werden. Um die relative Feuchte am Ausgang zu berechnen, müssen die umgesetzten Gasmengen abgezogen sowie die Menge des produzierten Wassers hinzugerechnet werden. Dabei wird in der Berechnung vom stationären Fall ausgegangen, d.h. es wird im Mittel kein Wasser durch die Membran absorbiert, so dass die eingebrachte Wassermenge den Stack bilanziell am Ausgang wieder verlässt. n & = & + & (.11) H O, aus nh O, ein n H O, prod Die produzierte Wassermenge berechnet sich wie folgt. I n& H O,prod = (.1) F Die nachfolgende Abbildung verdeutlicht die Zusammenhänge noch ein Mal. n& H,ein n& Air,ein n& H O,ein Brennstoffzellen- Stack n& H,aus n& Air,aus n& H O,aus Abbildung.5: Stoffströme am Stackein und -ausgang Damit kann z.b. bei bekannter Gaszusammensetzung und der relativen Feuchte am Eingang und bei bekanntem Betriebsdruck für gegebenen Laststrom die relative Feuchte am Ausgang berechnet werden. Diese dient oft als ein Maß für eine ausreichende Befeuchtung der Membran. Die PEMFC findet Anwendung in sehr kleinen Leistungsbreichen zur Versorgung von tragbaren Elektronikgeräten, in stationären Anwendungen als Energiewandler in Blockheizkraftwerken im Leistungsbereich < 10 kw und in den Antriebseinheiten von Pkw und Bussen mit Leistungen von bis zu 100 kw. Beispiele mit technischen Daten finden Sie im Abschnitt Brennstoffzellensysteme. 40

.1 Welches Material kommt in einer PEMFC als Katalysator in den Elektroden zum Einsatz?. Warum muss die Membran einer PEMFC Wasser enthalten?.3 Was ist die typische Betriebstemperatur einer PEMFC? Übungsaufgaben.4 Ein Brennstoffzellen-Stack (N Zell =30, A Zell =100 cm²) wird bei Standarddruck und einer Laststromdichte von j L = 0,6 A/cm² betrieben. Die Luft strömt mit einer Temperatur von 5 C und einer relativen Feuchte von 100 % (φ=1) in den Stack. Ausgangstemperatur der Luft beträgt 50 C. a) Welcher Luftdurchfluss am Eingang wird benötigt, um 80 % relative Feuchte am Stackausgang zu erreichen? b) Wie hoch ist die Stöchiometrie im Luftpfad?. Direktmethanol Brennstoffzelle (DMFC) Die DMFC besitz den gleichen Grundaufbau wie die PEMFC. Wir jedoch anstatt mit Wasserstoff mit einem Methanol-Wasser-Gemisch betrieben. Der Aufbau ist in der Abbildung.6 gezeigt. Methanol, Water Flow Field Plate Carbon Dioxide Abbildung.6: Aufbau einer DMFC 41

Im Unterschied zur PEMFC entsteht in der Anodenreaktion aufgrund des Methanols als Brennstoff CO. Die Reaktionsgleichungen lauten wie folgt. Anode: CH + + - 3OH + HO CO + 6H 6e (.13) Kathode: + - 3/O + 6H + 6e 3H O (.14) Gesamtreaktion: 3/O + CH 3OH CO + H O (.15) Die DMFC besitzt im vergleich zu einer PEMFC deutlich niedrigere Leistungsdichte. Hohe Verluste kommen durch das Methanol-Crossover durch die Membran zu Stande. D.h. das Methanol wird zu einem beträchtlichen teil nicht wie gewünscht und gewollt an der Anode umgesetzt, sondern wandert zur Kathode und zieht dort die Spannung runter. Ähnlich wie Wasserstoff-Crossover in der PEMFC nur, siehe Abschnitt 1.1, nur im stärkeren Maße. Denn dadurch, dass das Methanol in flüssiger Form vorliegt kann es viel leichter von der Membran aufgesaugt werden und sie passieren. Des Weiteren wird eine höhere Katalysatorbeladung benötigt, denn Methanol reagiert nicht so gut wie reiner Wasserstoff. Die Platinbeladung beträgt ca. 3-5 mg/cm², was etwa dem zehnfachen der Katalysatorbeladung einer PEMFC entspricht. Die Katalysatorbeladung bezieht sich immer auf die Elektrodenfläche! Trotz dieser Nachteile hat die DMFC eine signifikante Verbreitung gefunden, begründet liegt ist dies im verwendeten Brennstoff. Denn das Methanol hat bei Umgebungsbedingungen eine sehr hohe volumetrische Energiedichte im Vergleich zu Wasserstoff, siehe Tabelle.1. Tabelle.1: Brennwerte von Wasserstoff und Methanol im Vergleich Methanol Wasserstoff Energiedichte in kwh/m³ 497 3,54 Energiedichte in kwh/kg 6,3 39,4 Dadurch haben mit Methanol betriebene Systeme trotz des schlechten Wir- 4

kungsgrades eine deutlich höhere Energiedichte und bringen dem Anwender den Vorteil einer wesentlich längeren Gerätebetriebszeit. Die nachfolgende Abbildung zeigt die Energiedichten verschiedener Systeme im Vergleich. Abbildung.7: Speicherdichten unterschiedlicher Systeme Aus Abbildung.7 ist zu erkennen, dass trotz des angenommenen Wirkungsgrads von nur 5 % bei dem DMFC-System, diese die mit Abstand höchste Energiedichte besitzt. Interessant ist auch zu sehen, dass die klassische Bleibatterie die schlechteste Energiedichte aller aufgeführten Systeme besitzt, das verdeutlicht noch einmal, welchen Vorteil Brennstoffzellensysteme für bestimmte Anwendungen hinsichtlich des Systemgewichts bieten, wie z.b. in der Raumfahrt oder Militär, so dass sie schon sehr früh bevorzugt wurden, obwohl sie noch sehr teuer waren..5 Was sind die nachteile einer DMFC im Vergleich zur PEMFC?.6 Welches Gas entsteht an der Anode einer DMFC? Übungsaufgaben.7 Ein DMFC-System kann laut Herstellerangaben mit einem Tank mit,5 l Methanol 100 h mit seiner Nennleistung von 5 W betrieben werden. Wie hoch ist der Wirkungsgrad des Systems? 43

.3 Alkalische Brennstoffzelle (AFC) Die AFC ist eine der ältesten Brennstoffzellen, sie verwendet Kaliumhydroxid (KOH) als Elektrolyten. Der Aufbau einer AFC mit zirkulierenden Elektrolyten ist in der nachfolgenden Abbildung skizziert. Abbildung.8: Aufbau einer AFC mit zirkulierenden Elektrolyten Mit dem zirkulierenden Elektrolyten wird auch das Produktwasser sowie Wärme vom Stack abgeführt. Durch das Produktwasser kommt es zu Verdünnung des Elektrolyten, so dass entsprechende Nachdosierung vorgesehen werden muss, um die Elektrolytkonzentration im für einen gute Leitfähigkeit erforderlichen Bereich zu halten. Die Reaktionen in einer AFC sind wie folgt. Anode: H + e - - + OH HO (.16) 44

Kathode: 1/O OH - - + HO + e (.17) Gesamtreaktion: 1 + O H O (.18) H Im Gegensatz zu Brennstoffzellen mit sauren Elektrolyten entsteht das Wasser in einer alkalischen Zelle an der Anode. Die Hydroxid-Ionen sind die Ladungsträger im Elektrolyten. Ein großer Vorteil der AFC ist, dass sie keine teuren Edelmetalle als Katalysator benötigt. Nickel an der Anode und Silber an der Kathode sind als Katalysatormaterial geeignet. Vom Nachteil ist allerdings, dass die AFC sehr reine Betriebsgase benötigt und auch schon bei Einsatz von Luft anstatt Sauerstoff aufgrund des in der Luft enthaltenen CO durch die Bildung von Kaliumkarbonat es zur Porenzusetzung in der Elektrode kommt und somit zum Leistungsabfall. Kaliumhydroxid reagiert mit CO gemäß folgender Reaktion: KOH + CO K CO3 + HO (.19) Die Folge ist ein Absinken der Leitfähigkeit durch den Austausch der Hydroxidionen durch Karbonationen. - - CO + OH CO3 + HO (.0) Die nachfolgende Abbildung zeigt den Einfluss des CO -Gehalts in der Luft der typischerweise rund 350 ppm beträgt. 45

Abbildung.9: Degradation des Elektrodenpotentials einer AFC mit CO -haltigen und CO -freien Luft,Quelle Fuel Cell Handbook 7 Mit verbesserten Aufbau der Elektroden ist es aber laut einer Untersuchung des Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart auch möglich, ohne nennenswerte Leistungseinbußen eine AFC mit bis zu 5 % CO - Anteil in der Luft zu betreiben. Wie sich die Leitfähigkeit des Elektrolyten in Abhängigkeit der Gewichtskonzentration von KOH ändert zeigt die nachfolgende Abbildung. Leitfähigkeit κ = f(kozentration w) 1,8 1,6 1,4 1, κ [S/cm] 1 0,8 0,6 0,4 0, 0 0 10 0 30 40 50 Concentration w [wt-%] T5 T50 T55 T60 T65 T70 T75 T80 T100 Reihe10 Reihe11 Reihe1 Polynomisch (T5) Polynomisch (T50) Polynomisch (T55) Abbildung.10: Leitfähigkeit des Elektrolyten als Funktion der Gewichtskonzentration der KOH 46

Wie bei der PEMFC schon gesehen, steig mit steigender Temperatur auch die Leitfähigkeit des Elektrolyten. Interessant ist weiterhin, dass es jeweils ein Maximum gibt, was bedeutet, dass es bei zu verdünntem und bei zu aufkonzentrierten Elektrolyten zum Abfall der Leitfähigkeit kommt. Die Gewichtskonzentration ist wie folgt definiert. c KOH = (.1) m m + m KOH H O.8 Was sind die Vorteile einer AFC im Vergleich zur PEMFC?.9 Warum ist ein betrieb mit Luft kritisch? Übungsaufgaben.10 Eine AFC wird bei Standarddruck und -temperatur betrieben. Die Laststromdichte beträgt j L = 0,5 A/cm². Die Dicke des Elektrolyten ist d = 0,1 cm, die Zellfläche beträgt A Zell = 100 cm². Die Anfangskonzentration des Elektrolyten ist c = 30 Gew.-% und die Anfangsmasse m Anf =1kg. a) Wie hoch sind die ohmschen Verluste des Elektrolyten am Betriebsbeginn? b) Wie ändert sich die Gewichtskonzentration w des Elektrolyten nach 30 Stunden Betrieb? c) Wie hoch ist die Leitfähigkeit des Elektrolyten bei der neuen Konzentration und der sich ergebende Spannungsabfall?.4 Phosphorsaure Brennstoffzelle (PAFC) Die PAFC besitzt wie die PEMFC einen sauren Elektrolyten, in diesem Fall die Phosphorsäure, benötigt jedoch im Gegensatz zur PEMFC kein Wasser als Lösungsmittel und wird mit reiner Phosphorsäure betrieben. 47

Schematischer Aufbau ist nachfolgender Abbildung gezeigt. Abbildung.11:Aufbau einer PAFC Dabei ist der Elektrolyt Phosphorsäure in einer porösen Trägermatrix aus Siliziumkarbid festgehalten. Die Elektroden sind aus hochporösem Grafit aufgebaut. Als Katalysator dient Platin. Im Gegensatz zu den bis hierhin vorgestellten Brennstoffzellentypen benötigt die PAFC Temperaturen um die 00 C für eine ausreichende Elektrolytleitfähigkeit. Bei dieser Temperatur reagiert CO an Platin gut elektrochemisch, so dass CO-Anteile im Brenngas von bis zu 1 % toleriert werden können. In der PEMFC führen schon CO-Anteile von wenigen 10 ppm zur Katalysatorvergiftung durch Adsorption von CO an Platin zu starken Leistungseinbußen. Die Reaktionsgleichungen in einer PAFC sind identisch mit denen in einer PEMFC. Eine Weiterentwicklung der PAFC stellt die so genannte HT-PEMFC, HT steht für Hochtemperatur. Dabei wird als Elektrolyt eine mit Phosphorsäure getränkte Polybenzimidazol (PBI) - Folie verwendet. Wie bei der PAFC liegt die Betriebstemperatur bei rund 00 C und ähnlich wie bei der PEMFC kommt eine Folie als Elektrolytträger zum Einsatz, wobei hier die Bindung der Säure nur schwach ausgeprägt ist und es leichter zu einem Austrag kommen kann..5 Schmelzkarbonat Brennstoffzelle (MCFC) Die MCFC besitzt einen Elektrolyten aus Schmelzkarbonaten, Lithumkarbonat 48

(Li CO 3 ) und Kaliumkarbonat (K CO 3 ), die in einer keramischen Matrix aus LiAlO fixiert sind. Die Elektroden bestehen aus Nickel. Die prinzipielle Funktionsweise zeigt die nachfolgende Abbildung. Abbildung.1:Funktionsweise und Reaktionsgleichungen einer MCFC In der Anodenreaktion werden die Karbonationen unter Bildung von Wasser und Kohlendioxid verbraucht. Das entstehende Kohlendioxid wird dann wieder der Kathode zugeführt wo es mit Sauerstoff reagiert und neue Karbonationen bildet, die die verbrauchten Karbonationen ausgleichen. Aufgrund der hohen Betriebstemperatur kann in einem Teil des Stacks die so genante interne Reformierung von Methan stattfinden und wasserstoffreiches Gas für die Reaktion produziert werden. Die Gasaufbereitung wird im Abschnitt Brennstoffzellensysteme ausführlich erläutert. Eingesetzt wird die MCFC hauptsächlich in Systemen zur Kraft-Wärme-Kopplung zur Versorgung von Verbrauchern mit elektrischer Energie und Wärme..6 Festoxyd Brennstoffzelle (SOFC) Die SOFC besitzt einen keramischen Elektrolyten aus Zirkoniumoxid (ZrO ) das mit kleinem Anteil Yttrium (Y O 3 ) stabilisiert wird. Die Betriebstemperatur liegt bei rund 100 C, wobei es neuer Entwicklungen mit Betriebstemperaturen von nur noch um die 800 C gibt. Bei der hohen wird die Keramik leitend indem die Sauerstoffionen frei beweglich werden. 49

Prinzipiell ist der Aufbau einer SOFC identisch mit dem Aufbau anderer Brennstoffzellentypen, es gibt jedoch hier Entwicklungen die neben dem planaren einen tubularen Aufbau bevorzugen, sieh Abbildung. Abbildung.13:Aufbau einer tubularen SOFC Der Hauptvorteil ist, dass beim tubularen Aufbau auf die Hochtemperaturdichtungen verzichtet werden kann. Die nachfolgende Abbildung verdeutlicht die Gasführung innerhalb einer tubularen Zelle. 50 Abbildung.14: Gasführung in einer tubularen SOFC

Nachteil eines tubularen Aufbaus ist eine im Vergleich zu planarem Aufbau kleine Kontaktfläche zwischen den Zellen, was einen Betrieb bei kleineren Stromdichten erforderlich macht um die Spannungsverluste klein zu halten. Die Reaktionsgleichungen lauten wie folgt. Anode: H + e - - + O HO (.) Kathode: 1 O - + e O (.3) Gesamtreaktion: 1 + O H O (.4) H Eine Besonderheit der SOFC ist, dass an der Anode auch CO umgesetzt werden kann. CO + - - + O CO e (.5) Generell ist der Vorteil der Hochtemperatur- gegenüber den Niedertemperaturzellen die bessere Verträglichkeit von Verunreinigungen von Brennstoffen. Damit sind auf die Gasaufbereitung niedrigere Anforderungen gestellt, dies ist ganz wichtig wenn an eine breitere Einführung von Brennstoffzellen-BHKW gedacht wird. Diese kann realistisch nur erfolgen, wenn das vorhandene Gasnetz genutzt wird, was dann eine Gasaufbereitung erforderlich macht, um die Brennstoffzellen mit wasserstoffreichen Gas versorgen zu können. Die höhere Temperatur hat zudem den Vorteil, dass die Wärme leichter abgeführt bzw. zu Heizzwecken in BHKW genutzt werden kann. Denn aufgrund des hohen Temperaturgefälles können die Wärmetauscher deutlich kleiner ausgelegt und die System damit günstiger aufgebaut werden. Nachteil der hohen Temperatur ist aber die Materialverträglichkeit und die Zyklierbarkeit. Denn aufgrund der hohen Betriebstemperatur kommt es zu hohen Materialbeanspruchungen, insbesondere bei Abkühl- und Aufheizvorgängen. So werden manche SOFC-BHKW z.b. nur in der Heizperiode betrieben und in der übrigen Zeit komplett ausgeschaltet um die Anzahl der Anfahrvor- 51

gänge zu minimieren. Ein weiterer Nachteil ist die sehr langsame Dynamik im Vergleich zu schnellen PEMFC-Systemen, die schon bei Raumtemperatur, in Pkw-Anwendungen auch bei Minusgraden, in der Lage sind Leistung abzugeben..11 Nach welchen Haupteigenschaften werden die Brennstoffzellentypen klassifiziert?.1 Bitte zählen Sie 4 unterschiedliche Brennstoffzellentypen auf und geben Sie die zugehörigen Elektrodengleichungen an!.13 Welchen Vorteil besitzen die Hochtemperaturbrennstoffzellen hinsichtlich des Brennstoffs? Übungsaufgaben.14 Wie hoch ist die Leerlaufspannung einer SOFC die bei Standarddruck und 1000 C betrieben wird? 5