Nickelreaktivlot / Oxidkeramik-FÃ¼gungen als elektrisch ... - JuSER

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51 (a) (b) Thermoelemente Abb. 4-18: Fotografie (a) und schematische Aufbauskizze (b) des eigens zur Prüfung von SOFC- Gasdichtigkeitsproben (50 x 50 x 1,3 mm) entwickelten Induktions-Schnellzyklierungs-Prüfstands.
15.10 11.2 11.6 8.10 5.2 4.6 1.10 29.1 28.5 25.9 52 5 Auswahl des Metalllotsystems Die Auswahl der für die SOFC geeigneten Lotlegierungen ist ein komplexes Abwägen zahlreicher Kriterien. Zur grundlegenden Eingrenzung der für die Anwendung in Betracht kommenden Systeme wurde daher zunächst eine breite Auswahl kommerzieller Metalllote anhand schmelzmetallurgischer Aspekte getroffen sowie zudem ökonomische Überlegungen angestellt. Mit Untersuchungen zu ihrem Korrosions- und thermischen Ausdehnungsverhalten konnte anschließend ihre Eignung für den Einsatz in SOFC-APUs geprüft und die Auswahl sukzessive eingegrenzt werden. 5.1 Schmelzmetallurgische und ökonomische Kriterien Durch ihre für die SOFC zu niedrige Schmelztemperatur um 780°C müssen beispielsweise die umfassend erforschten eutektischen Ag-Cu-Legierungen [93, 98, 106] grundsätzlich ausgeschlossen werden. Silberlote mit geringem Anteil an Zusätzen sind dagegen prinzipiell einsetzbar, wenngleich die Erweichungstemperatur geeigneter Legierungen mit 830 bis 950°C [93] sehr nahe an der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle liegt. Darüber hinaus stellt die Verknappung von Silber und die anhaltende Steigerung des Rohstoffpreises aus ökonomischer Sicht für die Produktentwicklung ein Risiko dar (Abb. 5-1). Die überschlägige Berechnung des Rohstoffpreises zum Fügen einer Ebene des aktuellen CSZ-Designs beträgt mit reinem Silber bereits jetzt 96 Euro-Cent 1 . Um aber eine Vergleichbarkeit zu den derzeit laufenden Entwicklungs- und Forschungsaktivitäten mit an Luft verlöteten Systemen (Reactive Air Brazing: RAB) zu erlangen, wurde das AgCuO-Lot <strong>als</strong> Referenz in die Auswahl dennoch mit einbezogen. Rohstoffpreis [USD / kg] 500 400 300 200 100 Rohstoffpreise zum zum 30.01.2008 30.01.2008 Gold Gold 29642,99 29642,99 USD/kg USD/kg Silber Silber 534,35 534,35 USD/kg USD/kg Nickel Nickel 27,70 27,70 USD/kg USD/kg Kupfer Kupfer 7,25 7,25 USD/kg USD/kg 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Kalenderjahr Abb. 5-1: Entwicklung der Rohstoffpreise von Silber ( ), Nickel ( ) und Kupfer ( ) in den vergangenen 7 Jahren sowie deren (einschl. Gold) Rohstoffpreise zum 30.01.2008 [168, 169]. Die auf Basis von Eisen (z.B. FeSiNiCrB oder FeSiNiCrBMo) vergleichsweise billigen Lote benötigen dagegen eine höhere Löttemperatur von mindestens 1100°C, besitzen eine hohe Sprödigkeit und scheiden so grundsätzlich aus [170 - 172]. 1 Berechnung des Silber-Rohstoffpreises einer CSZ-Kassette: Fügefläche Zeus-CSZ-Design (ohne Zelleinlötung) x Spalthöhe RAB-Löten [53] x Dichte (Reinsilber) x Rohstoffkosten von Reinsilber [168] = 2532 mm 2 /Kassette x 0,1 mm x 10,5 x 10 -3 g/mm 3 x 0,53 USD/g = 1,41 USD/Kassette (≅ 0,96 Euro/Kassette). Anzumerken ist, dass der Preis von Reinsilber mit einem Faktor 1,5 bis 2 multipliziert werden muss, um einen reellen Silberlot-Marktpreis zu erhalten. Ag Ni Cu
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