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Jülicher Forschern gelingt doppelter Rekord bei der SOFC

Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich vermelden bei der internationalen Weiterentwicklung leistungsfähiger Hochtemperatur-Brennstoffzellen einen beachtlichen Erfolg: Eigenen Angaben zufolge lieferte ein Mitte April in Betrieb genommener Brennstoffzellenstapel (Stack), bestehend aus nur 40 planaren (ebenen) Einzelzellen eine Leistung von 9,2 Kilowatt. Gegenüber der entsprechenden Bestmarke aus dem letzten Jahr bedeutet dies nun eine Steigerung auf mehr als das Doppelte. Mit Wasserstoff als Brenngas herrscht bei der Neuentwicklung eine mittlere Betriebstemperatur von 850 °C, was in der Welt der Hochtemperatur-Brennstoffzellen als moderat gilt. Obwohl Haupteinsatzgebiete dieser Brennstoffzellen mit Festelektrolyt (SOFC = Solid Oxide Fuel Cell) noch vor allem in der stationären Strom- und Wärmeerzeugung in Kraftwerken und Gebäuden liegen, werden auch derzeit mobile Anwendungen immer stärker diskutiert.

Im Betrieb mit Methan erreichte der Stapel übrigens eine Leistung von 5,4 Kilowatt. Und für ein planares System ist dies sowohl in Sachen Leistung als auch hinsichtlich der Zellengröße von 20 x 20 Zentimeter ein neuer Weltrekord. Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie von Wasserstoff direkt in Elektrizität um. Die Wissenschaftler in Jülich arbeiten, unter anderem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert, an fortgeschrittenen SOFCs mit planaren Zellen und dünnem Elektrolyten, die höchste Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung versprechen. Systeme mit planaren SOFCs erreichen hohe Leistungen bereits bei kleinem Volumen und niedriger Arbeitstemperatur. Deshalb sagen vielen Experten diesem Design ein hohes Marktpotential voraus. Temperaturen unterhalb 900 °C wirken sich zudem günstig auf die Lebensdauer aller Materialien aus und erlauben den Einsatz vergleichsweise kostengünstiger metallischer Werkstoffe.

Anschließend stellten die Wissenschaftler den Stapel auf Methan als Brenngas um, das dann in der Zelle direkt zu Wasserstoff umgesetzt wird. Ein vorgeschalteter Umwandlungsschritt, der zusätzliche Energie kostet, entfällt also. Das ermöglicht den unkomplizierten Einsatz von Erdgas als Brennstoff ohne aufwändige Gasaufbereitung. "Gegenüber dem Vorjahr konnten wir die Leistung im Methan-Betrieb mehr als verfünffachen", freut sich Dr. Robert Steinberger-Wilckens, Leiter des Projekts Brennstoffzelle am Forschungszentrum Jülich. "Das verdanken wir vor allem dem ausgeklügelten Design und der sehr effektiven Jülicher Werkstoffentwicklung." Zurzeit könne sich die SOFC auf dem Markt jedoch nicht durchsetzen. Immer noch deutlich zu teuer seien Werkstoffe, Komponenten und Herstellverfahren. Doch auch in diesem Punkt sind die Jülicher Forscher gut gerüstet. Sie arbeiten bereits intensiv an neuen Materialien, mit denen sie höchste Leistungen und die Langzeitstabilität der Zellen kostengünstig realisieren können. Ihr erklärtes Ziel ist ein 20-Kilowatt-System. Ausgehend von einem derart leistungsfähigen System, heißt es aus dem Institut, seien "Operationen in alle Richtungen möglich".

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