T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

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14 Stand des Wissens

reines Zirkondioxid bei hoher Temperatur mehrere Phasenumwandlungen und ist

somit nicht stabil. Eine Absenkung der Betriebstemperatur wird angestrebt, da dann

preiswertere Materialien für den Einsatz in der Brennstoffzelle und in Peripheriegeräten

zur Verfügung stehen. In diesem Zusammenhang steigt der Elektrolytwiderstand

an. Hierbei muss entweder bei gleicher Leistung eine größere Anlage

gebaut werden oder der Elektrolytwiderstand muss gesenkt werden, indem man die

Dicke des Elektrolyten verringert.

• Metallische Interkonnektoren

Für die bipolaren Platten, wo Luft und Brenngas hineingeführt werden, können

sowohl keramische [Haa 1996] als auch metallische Werkstoffe als Materialien-

Komponenten Verwendung finden. Beide besitzen die gute elektrische Leitfähigkeit,

welche bei den Interkonnektoren erwartet wird [Lin 1996]. In Anbetracht der Senkung

der Systemkosten der SOFC werden aufgrund ihrer leichten Verarbeitung aus

ferritischem Stahl hergestellte bipolare Platten bevorzugt. Für die Hochtemperatur-

Brennstoffzelle des planaren FZJ-Konzepts wird die Chromstahl-Legierung

(Crofer22) in Form metallischer bipolaren Platten verwendet. Sie zeigen eine

chemische Stabilität unter reduzierender und oxidierender Atmosphäre, eine hohe

elektrische Leitfähigkeit sowie eine chemische Kompatibilität mit anderen SOFC-

Komponenten; zudem sind sie bei einer Betriebstemperatur über 800 °C chemisch

und mechanisch beständig.

• Lotmaterialien

Eine wesentliche Herausforderung bei der Entwicklung der planaren

Hochtemperatur-Brennstoffzelle im Jülicher Konzept ist die Fügetechnik. Um die

Einzelbrennstoffzellen zu einem Stack, sowie die keramischen Brennstoffzellen mit

den metallischen Interkonnektoren zusammenzufügen, ist das Aufbringen eines

Lotmaterials notwendig. Dieses Lotmaterial muss zahlreichen Anforderungen

standhalten, welche in diesem Abschnitt detaillierter behandelt werden.

Für einen elektrisch isolierenden und zugleich bei höheren Betriebstemperaturen

stabilen, gasdichten Fügeverbund bieten sich anorganische Materialien an. So hat

sich das Fügen mit Glaslot im Bereich der stationären Anwendung der

Hochtemperatur-Brennstoffzelle bewährt. Dabei wird ein pulverförmiges Glas mit

geeigneter chemischer Zusammensetzung als Paste, Schlicker, seltener monolithisch

als Folie oder Einzeltropfen, einseitig auf einen der Fügepartner aufgetragen

und auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur erwärmt und dabei

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