Forschungszentrum Jülich - Jahresbericht 2012

Um Festoxid-Brennstoffzellen miteinander zu Systemen zu koppeln, die effizient und klimafreundlich Strom produzieren, sind spezielle Verbindungsplatten nötig. Jülicher Wissenschaftler haben gemeinsam mit dem Unternehmen Outokumpu VDM ein Material entwickelt, mit dem sich alle Ansprüche erfüllen lassen, die an diese Interkonnektoren gestellt werden. Dafür erhielten die Partner den Stahl-Innovationspreis 2012. Innovativer Werkstoff für die Brennstoffzelle F estoxid-Brennstoffzellen (So- lid Oxide Fuel Cells, SOFC) ha- ben einen hohen Wirkungsgrad: Sie wandeln mehr als die Hälfte der Energie, die in Erdgas oder Wasser- stoff enthalten ist, in Strom um. Jülicher Forscher treiben den praktischen Einsatz dieser ressourcenschonenden und kli- mafreundlichen Energietechnologie vo- ran: So haben sie ein Demonstrations- system für SOFC-Blockheizkraftwerke entwickelt und 2012 in Betrieb genom- men. Blockheizkraftwerke dienen dazu, dezentral und effizient Strom und Wärme für Wohnhäuser und Industriegebäude zu erzeugen. SOFC sind auch aussichtsrei- che Kandidaten für die Stromversorgung von Lkws, Autos oder Schiffen. Damit solche Systeme ausreichend hohe Spannungen erzeugen, werden die SOFC darin elektrisch in Reihe geschal- tet. Leitfähige Interkonnektorplatten ver- binden die Zellen miteinander und geben dem System die notwendige mechani- sche Stabilität. 2001 begannen Prof. Wil- lem Quadakkers vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung und das Unternehmen Outokumpu VDM zusam- menzuarbeiten, um einen Werkstoff für die Interkonnektoren zu finden, der bei Arbeitstemperaturen zwischen 700 und 900 Grad Celsius über Tausende Be- triebsstunden hinweg möglichst gut funk- tioniert. Tatsächlich gelang es den For- schungspartnern schnell, einen Stahl zu entwickeln, der sich bei Hitze ähnlich ausdehnt wie der SOFC-Elektrolyt und zudem eine elektrisch leitfähige Schutz- schicht ausbildet. Outokumpu VDM ver- marktet den Stahl unter dem Namen Crofer® 22 APU. Wesentlicher Nachteil: Weil er nur sehr geringe Mengen Silizium enthalten darf, muss er mittels teurer Va- kuumtechnologie erschmolzen werden. „Um dieses Manko zu beseitigen, verfielen wir auf einen metallurgischen Trick“, berichtet Quadakkers. Die For- scher erhöhten den Anteil an Silizium in der Stahllegierung, aber zugleich setz- ten sie geringe Mengen Niob und Wolf- ram zu. Zusammen bilden die drei Ele- mente eine spezielle Verbindung, die sich im Stahl als Ausscheidung sehr fein verteilt. „Das wirkt sich gleich zweifach positiv aus“, sagt Quadakkers. Erstens verbessern die Ausscheidungen noch einmal die Hochtemperatur-Festigkeit des Stahls. Zweitens wird die schädliche innere Oxidation des Siliziums unter- drückt. Dadurch kann der Stahl so viel Silizium enthalten, dass er mit gängigem Schmelzverfahren produziert werden kann. Inzwischen ist er als Crofer® 22 H auf dem Markt. Forscher analy- sieren die neue Stahl-Legierung auf chemische Veränderungen der Oberflächen für den Einsatz in der Brennstoff- zelle (SOFC). Forschungszentrum Jülich | Jahresbericht 2012 Interkonnektoren verbinden einzelne planare Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) zu einem Stapel, einem sogenannten Stack. Dieser hier hat eine Leistung von 5 Kilowatt. 20 Institut

Forschungszentrum Jülich - Jahresbericht 2012

Pages