SOFC-Degradation: Analyse der Ursachen und Entwicklung von Gegenmaßnahmen

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Christos Argirusis, Prof. Dr. Wolfgang Maus-Friedrichs

Förderzeitraum: 09/2014 – 08/2017
Förderstelle: BMBF
Förderkennzeichen: ENMAT-514-056

Bearbeiter: M.Sc. John Meuthen

Laborräume: 321; 322; 0.7 (CZM)

Brennstoffzellen erzeugen elektrischen Strom direkt aus der in Gasen chemisch gespeicherten Energie. Dadurch werden Verluste vermieden, die in konventionellen thermischen und mechanischen Umwandlungsprozessen bei der Stromerzeugung auftreten können, z. B. in Wärmekraftmaschinen. Eine der potenziellen Anwendungen ist die stationäre dezentrale Stromerzeugung, sowohl zur Hausenergieversorgung als auch für die industrielle KWK und die Elektrizitätsversorgung. Hochtemperatur-Brennstoffzellen, insbesondere solche mit Festoxid-Elektrolyt (engl. Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), eignen sich besonders für diesen Anwendungsbereich; sie können durch ihre Betriebstemperatur von über 600 °C zudem neben Wasserstoff auch kohlenstoffhaltige Gase wie Methan (CH4) und Kohlenmonoxid (CO) umsetzen.

Der Einsatz der SOFC für die Stromerzeugung wird durch die Lebensdauer und die Robustheit der Brennstoffzellen-Stacks derzeit noch stark limitiert. Für Anwendungen dieser Art werden Standzeiten von mindestens 5, besser jedoch 10 Jahren gefordert. Bisher liegen die Betriebserfahrungen für Brennstoffzellen-Anlagen bei maximal 30.000 Betriebsstunden für SOFC-Komponenten und -Systeme (inkl. Austausch von SOFC-Zellen) bzw. bei 40.000 Stunden (System bei HEXIS und Shortstack bei FZ Jülich). Dies zeigt, dass die heutigen Brennstoffzellen-Komponenten noch nicht für den langfristigen, verlässlichen Betrieb über 4 Jahre hinaus (ca. 35.000 h) geeignet sind. Sie zeigen einen kontinuierlichen Verlust an Leistungsfähigkeit im Betrieb ('Degradation').

Ziel des vorliegenden Vorhabens ist es, im Verbund der in Deutschland führenden Forschungsgruppen im Bereich SOFC ein vertieftes Verständnis für die Degradationsphänomene in Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) zu entwickeln. Die Arbeiten sollen wesentlich dazu beitragen, eine Lebensdauer von SOFC-Systemen von bis zu 10 Jahren (also etwa 100.000 h Standzeit) erreichen zu können.