T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

8 Stand des Wissens
Abb. 2-1. Grundlegende Funktionsweise einer Brennstoffzelle.
Konzept
Bei dem Kathoden- oder Anoden-Substratkonzept liegt die Schichtdicke des
Elektrolyts bei ca. 10-15 μm [Nag 1995]; [Sin 1997]; [Buc 1996]; [Buc 1997];
[Buc 1998]; [Haa 1996]. Ein dünner Elektrolyt hat den Vorteil, dass der Widerstand
der Sauerstoffionendiffusion erniedrigt wird [Kri 1994]. Somit hat das Substratkonzept
gegenüber Elektrolytfolienkonzept den Vorteil, dass bei gleicher Leistung niedrigere
Temperaturen eingesetzt werden können oder bei gleichen Temperaturen höhere
Leistungen möglich sind. Niedrigere Temperaturen haben gleichzeitig den Vorteil
geringerer chemischer Wechselwirkungen; diese stellen bei der Hochtemperatur-
Brennstoffzelle eines der Hauptprobleme dar.
Neben der geringen Schadstoff- und Schallemissionsbelastung und der einfachen
Prozessführung ist ein hoher Wirkungsgrad (Systemwirkungsgrad bezogen auf das
gesamte System der BSZ von ca. 75 %) die wesentliche Stärke der Brennstoffzelle.
Prinzipiell wird zwischen Röhren- und Plattenbauweise unterschieden. Dabei gibt es
zahlreiche Detailvariationen. Die Röhrenbauweisen sind bis jetzt das am weitesten
entwickelte und kommerziell eingesetzte Konzept. Sie benötigen keine Dichtungen
bei hoher Temperatur und sind somit unempfindlich gegen mechanische
Spannungen. Ihre wesentlichen Nachteile sind die hohen Herstellungskosten der
Röhren, die langen Stromwege von der Anode zur Kathode und ein zusätzlicher
Polarisationswiderstand durch Gasdiffusion im Trägerrohr.