Heiße Weltrekorde

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Das Forschungszentrum Jülich setzt eine neue Bestmarke: Gleich zwei Hochtemperatur-Stacks erreichen eine Betriebsdauer von 15.000 Stunden. Außerdem verstärkt das FZ seine bisherige Zusammenarbeit mit Korea.

08. Juli 2009

••• Die Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Festelektrolyt (SOFC) gelten als Kandidaten für den künftigen Einsatz in Gebäuden, Kraftwerken und Fahrzeugen. Gefördert mit Projektmitteln von der EU, bauten die Jülicher Forscher Stacks der ›Generation3‹ auf. Bei der am FZ verfolgten ›planaren Technik‹ werden die einzelnen Zellen aufeinander gestapelt, um eine höhere Spannung zu erreichen.

Wissenschaftler des Instituts für Energieforschung und der Zentralabteilung Technologie haben nun zwei solcher Stacks erfolgreich über jeweils 15.000 Stunden betrieben. »Dabei lieferten sie im Schnitt eine Leistung von 0,4 Watt pro Quadratzentimeter, etwa das Doppelte, was heute in kommerziellen Systemen vorgesehen ist«, sagt Dr. Robert Steinberger-Wilckens, Leiter des Projekts ›Brennstoffzelle‹ am FZ. Für den Einsatz in Fahrzeugen reichen bereits 5.000 bis 10.000 Stunden aus. Für eine stationäre Stromversorgung sind aber Betriebszeiten von über 40.000 Stunden notwendig. Solche Zeiten zu realisieren seien die Forscher laut Steinberger mit den erreichten Werten ein Stück näher gekommen. »Zudem haben wir die Langläufer-Stacks bei vergleichsweise geringen 700°C betrieben – dadurch altern die Zellen langsamer.«

Bemerkenswert ist bei den Jülicher Stacks, dass die Degradation der Zellen über die bisher erreichte Laufzeit lediglich 10% betrug. Gemeinhin wird das Lebensende eines Stacks bei 20% Leistungsverlust angesetzt. Gelingt es also, die BZ-Zellstapel ungestört noch weiter zu betreiben, so haben sie theoretisch das Potenzial, 30.000 Stunden zu schaffen eine für Stacks dieser Bauart bisher für unerreichbar gehaltene Betriebszeit. Damit wären sie für rund vier Jahre ununterbrochenen Betrieb qualifiziert; bei unterbrochener Betriebsweise, etwa in der Gebäudeheizung, entspräche das sogar einer Lebensdauer von fünf bis zehn Jahren.

Hintergrund des Jülicher Erfolgs: Leistungsfähigere Zellen mit präzise aufgebrachten dünnen Funktionsschichten ermöglichten ein Senken der Betriebstemperatur. Außerdem vermindern der von Jülich entwickelte spezielle ›SOFC-Stahl CroFer‹ (ThyssenKrupp) und der im EU-Projekt ›Real-SOFC‹ qualifizierte Stahl ITM (Plansee) zusammen mit entsprechenden Schutzschichten die Freisetzung von Korrosionsprodukten und verlängern damit die Lebensdauer.

»Mit unserer Forschung wollen wir nicht nur Grundlagen schaffen«, erklärt Prof. Detlef Stolten, Leiter des Instituts für Energieforschung-Brennstoffzellen. Als ein Beispiel nennt er die DMFC: »Mit der Methanol-Brennstoffzelle sind wir mit der Entwicklung eines klimaschonenden und effizienten Antriebes bereits weit fortgeschritten.«

Aus der Grundlagenforschung in die Anwendung

Auch auf anderen Wegen versuchen die Forscher die Entwicklung der Technologie voranzutreiben. Mit dem Ziel ›Gemeinsam schneller zur Nutzung‹ unterschrieben das FZ und das Korea Institute of Energy Research (KIER) während der Hannover Messe einen Partnerschaftsvertrag. »Zwei weltweit führende Energieinstitute ziehen jetzt an einem Strang«, sagt Prof. Harald Bolt, Vorstand des FZ Jülich. »Wir wollen zusammen die nachhaltige Energietechnik der Brennstoffzelle aus der Grundlagenforschung in die Anwendung bringen.«

Der Vertrag setzt den Rahmen der Zusammenarbeit in den nächsten fünf Jahren, und zwar an den BZ-Typen DMFC und SOFC. Es gilt laut FZ, bessere Werkstoffe für die komplexen Anforderungen in den Zellen zu konzipieren. Ziel wird es sein, bei der Entwicklung von Brennstoffzellensystemen für konkrete Anwendungen zu kooperieren. So etwa bei der Realisierung der DMFC für Palettenhubwagen und Zweirad-Scooter. Der Partnerschaftsvertrag setzt eine langjährige Kooperation fort. »Jülich ist für uns als Partner für Forschung und Entwicklung erste Wahl«, sagt Dr. Han Moon-Hee, Präsident von KIER. »Ich freue mich, dass wir unsere Partnerschaft nun in dieser Art gefestigt haben.« •••

www.fz-juelich.de

Erschienen in Ausgabe: 02/2009