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26 2 Grundlagen
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de Stähle mit geringen Al- und Si-Gehalten. Ihre passivierende Oxidschicht besitzt eine ausreichende
elektronische Leitfähigkeit. Allerdings können sich aufgrund der Verdampfung von
Cr-Verbindungen aus der kathodenseitigen Oxidschicht Cr-Oxide an der Grenzfläche Kathode-Elektrolyt
bilden. Dies wird als eine der Hauptursachen für die Alterung von SOFC-
Stacks betrachtet [106]. Um den Effekt der Chromabdampfung zu minimieren wurde am Forschungszentrum
Jülich ein Spezialstahl mit der Bezeichnung JS-3 entwickelt [107]. Die Firma
Thyssen Krupp VDM hat diesen unter dem Handelsnamen Crofer22APU kommerzialisiert
[108]. Er bildet eine zweilagige Oxidschicht aus Cr 2 O 3 auf der Innen- und einem (Cr,Mn) 3 O 4 -
Spinell auf der Außenseite. Letztere verringert die Freisetzung von Chrom aus dem Interkonnektor.
Der Stahl ist außerdem gut an die Anwendung in der SOFC angepasst, da er eine gute
Korrosionsbeständigkeit und niedrige Kontaktwiderstände aufweist.
Kontakt- und Schutzschichten
Neben Anode, Elektrolyt und Kathode, die als funktionellen Schichten einer SOFC bezeichnet
werden, sind weitere Schichten nötig, um Leistung und Langzeitstabilität zu verbessern.
Neben der bereits erwähnten CGO-Schicht zwischen Elektrolyt und Kathode, die eine Reaktion
der beiden Schichten unterbindet, verhindern auf der anderen Seite (Cr,Mn) 3 O 4 -Spinell-
Schichten auf den Interkonnektoren den Eintrag flüchtiger Cr-Verbindungen aus dem
Interkonnektorstahl (z. B. Crofer 22 APU) in die Kathode [67]. Außerdem werden Kontaktschichten
mit hoher elektronischer Leitfähigkeit zwischen Kathode und Interkonnektor eingefügt,
um geringe Übergangswiderstände zu erzielen und gegebenenfalls Fertigungstoleranzen
auszugleichen. Auf der Anodenseite erfolgt die elektrische Kontaktierung zwischen Zelle und
Interkonnektor durch ein Nickelnetz. An der Grenzfläche zwischen Interkonnektor und
Nickelnetz kommt es zu einer Interdiffusion der Elemente Eisen, Chrom und Nickel, was zu
einer lokalen Austenitisierung des Interkonnektors durch Nickel und einer inneren Korrosion
des Nickelnetzes durch Eisen und Chrom führen kann [109]. Um die Korrosion des Nickelnetzes
hinauszuzögern, kann der Interkonnektor anodenseitig mit einer Nickel-Opferschicht
plattiert werden [110]. Die Wechselwirkungen zwischen Zelle und Interkonnektor auf der Anodenseite
haben sich allerdings bisher nicht als kritisch im Hinblick auf die Langzeitstabilität
von SOFC-Systemen erwiesen. Auf der Kathodenseite hingegen hat sich gezeigt, dass die
Diffusion von Chrom-Verbindungen aus dem Interkonnektorstahl in die Kathode negative
Auswirkungen auf die Kathode und somit die Zellleistung hat. Ein Ansatz diese Diffusion von
Chrom-Verbindungen aus dem Interkonnektorstahl zu verringern ist die Voroxidation des Interkonnektors
[111]. Grenzflächenreaktionen an dieser Stelle scheinen bei Betriebstemperaturen
von 800°C jedoch nicht limitierend für Leistung und Langzeitstabilität des Systems zu
sein, so dass dort bislang auf Schutzschichten verzichtet wird.
2.4 Nickel in SOFC Substraten und Anoden
Die Herstellung beider Schichten ausgehend von NiO und nicht von dem eigentlich benötigten
Nickel geschieht vor allem weil sich NiO unter Luft sintern lässt. Die Reduktion zu metallischem
Nickel erfolgt mit Betriebsbeginn. Dabei erhöht sich gleichzeitig die Porosität. Die
Anwesenheit von Nickel als katalytischer Komponente für die auf der Anodenseite stattfin-