T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

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Stand des Wissens 9

Im Gegensatz dazu erlauben Zellen in Plattenbauweise nach dem gegenwärtigen

Stand des Wissens einen höheren Wirkungsgrad. Aus diesem Grunde wird

heutzutage in dieser Bauweise das größere Entwicklungspotential gesehen. Das

prinzipielle Problem dieses Zellenkonzeptes ist bekanntermaßen aber die Abdichtung

an den Plattenränder und die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten

der verwendeten Werkstoffe. Hierauf wird im Kapitel 2, Abschnitt 2.1.3

näher eingegangen. Tabelle 2-2 auf Seite 12 stellt die unterschiedlichen Werte des

thermischen Ausdehnungskoeffizienten der jeweiligen Zellkomponenten der

Hochtemperatur-Brennstoffzelle dar.

Die derzeit verwendete Fest-Elektrolyt-Brennstoffzelle im Forschungszentrum Jülich

(FZJ) basiert auf dem Konzept der planaren Anode gestützten Zelle [Buc 1996];

[Haa 1996]; [Buc 1997]; [Buc 1998]. Hierbei besteht die Zelle aus einer dicken

Anodenschicht von ca. 1500 μm. Ihr Vorteil zeichnet sich nicht nur durch ihre hohe

Leistungsdichte sondern auch durch die mögliche Reduzierung der Betriebstemperatur

aus [Kri 1994].

Aufbau

Beim Aufbau des in Forschungszentrum Jülich verwendeten planaren SOFC-

Systems werden keramische Brennstoffzellen in einem Rahmen aus ferritischem

Stahl eingelötet. Um eine technisch nutzbare Spannung zu erreichen, werden

einzelne Zellen elektrisch isolierend und gasdicht mithilfe sog. Interkonnektoren

aufeinander gestapelt; dieses Ensemble wird als Stack bezeichnet. Dabei wird die

Leistungsgrenze der Zelle wesentlich durch die erreichbare Ionenstromdichte auf der

Strecke Anode-Elektrolyt-Kathode bestimmt. Durch ihre einfache modulare Bauweise

kann sie in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt werden. Somit können

durch unterschiedliche Baukastensysteme beliebige Leistungsgrößen erzielt und

letztendlich sogar autonome Energieerzeugungseinheiten aufgebaut werden.

Hauptsächlich ist die Verwendung der Hochtemperatur-Brennstoffzelle zur

dezentralen Stromversorgung für den Privathaushaushalt bis hin zum Großkraftwerk

gedacht; auch der Einsatz als Bord-Energieversorger im Fahrzeugbereich wird

verfolgt [Bos 1998]; [Kum 1993]; [Min 1993b].

Das hier dargestellte sog. F-Design in Abbildung 2-2 zeigt detailliert, wie ein

einfacher Stack aufgebaut ist. Es basiert auf zwei jeweils einseitig mit Interkonnektoren

versehenen Grundplatten, die an den beiden Enden des Stacks

angebracht sind. Dazwischen liegen die keramischen Brennstoffzellen jeweils im

Wechsel mit einer Trägerplatte, die beidseitig mit Interkonnektoren versehen sind.

Durch Eingangskanäle werden Luft und Brenngas zur Brennstoffzelle und durch

einen Ausgangskanal wird das Abgas geleitet.

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