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7 Jahre, 700 Grad Hitze

Im August 2014 haben Jülicher Forscher einen Weltrekord aufgestellt: Seit mehr als 60.000 Stunden halten die Wissenschaftler vom Institut für Energie- und Klimaforschung eine dort entwickelte Hochtemperatur-Brennstoffzelle in Betrieb, das sind rund sieben Jahre. Ein hoher Wirkungsgrad und gute Möglichkeiten der Abwärmenutzung sprechen für die Brennstoffzelle als eine Energietechnologie der Zukunft.

Mehr als 20 Jahre schon forscht das Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung an Festoxidbrennstoffzellen. Die Betriebstemperatur liegt bei rund 700 °C, das stellt ganz außergewöhnliche Anforderungen an Materialien und Dichtungen: Die Spezialkeramiken sind mit Nickel dotiert, „für die metallischen Zwischenplatten der Brennstoffzellenstacks haben die Kollegen aus dem Institutsbereich Werkstoffstruktur und -eigenschaften sogar eine eigene Stahlsorte entwickelt“, erklärt Dr. Norbert H. Menzler, Experte für die Werkstoffoptimierung. Die Betriebsbedingungen haben ihren Preis: Für einen wirtschaftlichen Einsatz zum Beispiel in Mikro-KWK-Anlagen müssen die Zellen zwischen 40.000 und 80.000 Stunden laufen.

Fortschrittsmotor Klimaschutz:

  • Einzigartiger interdisziplinärer Ansatz
  • Weltrekord für den Dauerbetrieb einer SOFC
  • Verminderung der Degradation auf 0.3 Prozent / 1000 Std
  • Betrieb mit Gas oder Wasserstoff ohne Umbau möglich
  • Verwendung recycelbarer Materialien

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Foto: FZ Jülich

SOFC Arbeiten im Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA) Abteilung
Engineering und Technologie (ZEA-1), die Komponenten einer Sloid Oxide Fuel Cell.



 

Weltrekord zeigt Anwendungsreife

Umso deutlicher wird der Schritt, den die Jülicher Forscher mit ihrem Weltrekord im August 2014 gemacht haben:

Mehr als 60.000 Stunden konnten die Wissenschaftler vom Institut für Energie- und Klimaforschung die Hochtemperatur-Brennstoffzelle betreiben und sie läuft noch immer. Ein wichtiger Fortschritt für eine Technologie, deren Vorteile klar auf der Hand liegen: Festoxidbrennstoffzellen können wahlweise mit Methan (= Erdgas) oder Wasserstoff betrieben werden. Dadurch muss die Energieinfrastruktur in vielen Fällen nicht unmittelbar verändert werden. Der elektrische Wirkungsgrad ist mit bis zu 60 Prozent sehr hoch, auch die entstehende Abwärme kann genutzt werden. „Mit dem Langzeitversuch haben wir gezeigt, dass die Festoxidbrennstoffzelle anwendungsreif ist“, erklärt Dr. Menzler.

Nächster Schritt: Brennstoffzelle als Eletrolyseur für die Wasserspaltung

Die Eigenschaften der Brennstoffzelle werden die Jülicher Forscher in Zukunft noch weiter verbessern und die Zahl der Anwendungen vergrößern: Momentan arbeitet das Forschungszentrum daran, die Brennstoffzelle auch in die andere Richtung nutzen zu können, nämlich als Elektrolyseur für die Wasserspaltung. Auch die Betriebstemperatur soll weiter gesenkt werden. Hierzu umfasst die Forschung und Entwicklung des Forschungszentrums Jülich die komplette Entwicklungskette von der Materialsynthese und Werkstoffentwicklung über die Herstellung von Bauteilen und Komponenten bis zu Systembetrieb und -modellierung.


Foto: Forschungszentrum Jülich GmbH

„Die Jülicher SOFC-Forschung umfasst die gesamte Entwicklungskette, von der Materialsynthese über Bauteile und Komponenten bis zum Systembetrieb. Diese wissenschaftliche Breite vom Grundlagenverständnis bis zum Realbetrieb ist einzigartig.“

Dr. Norbert H. Menzler, Leiter der Arbeitsgruppe Nasschemische Formgebung



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