View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

2 Anlagentechnischer Überblick
durch Diffusionseffekte, Ladungsdurchtritt und vorgelagerte Reaktionen anodische und kathodische
Überspannungen, die mit llA und llK, bezeichnet werden.
Die tatsächliche Zellspannung U lässt sich somit über folgende Funktion ermitteln:
(GI. 2.7)
Die geschilderten Überspannungen weisen häufig eine exponentielle Abhängigkeit von der
Temperatur entsprechend dem Arrhenius-Gesetz auf. Berechnungsansätze für die SOFe können
der Literatur entnommen werden [3, pp. 17-21).
Für die SOFe existieren unterschiedliche Bauweisen, die vor allem in ein röhrenförmiges und
ein ebenes Zell konzept unterteilt werden. Die auch als tubular bezeichnete röhrenförmige Ausführung
wird maßgeblich von der Firma Siemens-Westinghouse entwickelt (4). An der ebenen
beziehungsweise planar ausgeführten SOFe arbeitet dagegen eine größere Zahl an Herstellern.
Übersichtsdarstellungen der unterschiedlichen tubularen und planaren Entwicklungslinien
sind in der Literatur vorhanden [5, 6).
Die mechanisch stabilisierende Komponente innerhalb der Zelle bietet ein zusätzliches Unterscheidungsmerkmal.
So basiert die am Forschungszentrum Jülich entwickelte SOFe auf einem
Anodensubstrat als tragendem Bauteil der Zelle. Andere Varianten beziehen ihre Stabilität aus
entsprechend belastbar gestalteten Elektrolyten, Kathoden oder zusätzlichen porösen Substraten.
Mehrere Einzelzellen werden zur Erhöhung der Gesamtspannung zu einem Zellstapel, dem so
genannten Stack, zusammengeschaltet. Die Reihenschaltung einzelner Zellen geschieht für gewöhnlich
mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Interkonnektors beziehungsweise einer Bipolarplatte,
die für eine Kontaktierung der einzelnen Zellen untereinander sorgen. Zusätzlich definiert
beim planaren Brennstoffzellenkonzept die Bipolarplatte zusammen mit der ebenen Elektrodenfläche
die Strömungsquerschnitte für Brenngas und Luft. Bei Betriebstemperaturen von 900 bis
1000 oe werden Bipolarplatten vorzugsweise keramisch ausgeführt. Bei niedrigeren Temperaturen
können kostengünstigere metallische Werkstoffe eingesetzt werden.
Das Leistungsvermögen einer Brennstoffzelle kann über die Zellspannung in Form des Lastoder
Zellwirkungsgrades llL beurteilt werden. Er beschreibt das Verhältnis der unter Last abgegebenen
Nutzarbeit W = ze . F . U zur Reaktionsenthalpie der Zellreaktionen .1H = ze . F . U L\H'
wobei UL\H auch als Heizwertspannung bezeichnet wird. Daraus ergibt sich die folgende Definition
für den Zellwirkungsgrad:
U
llL =-­
UL\H
(GI. 2.8)
7