T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

Stand des Wissens 9
Im Gegensatz dazu erlauben Zellen in Plattenbauweise nach dem gegenwärtigen
Stand des Wissens einen höheren Wirkungsgrad. Aus diesem Grunde wird
heutzutage in dieser Bauweise das größere Entwicklungspotential gesehen. Das
prinzipielle Problem dieses Zellenkonzeptes ist bekanntermaßen aber die Abdichtung
an den Plattenränder und die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der verwendeten Werkstoffe. Hierauf wird im Kapitel 2, Abschnitt 2.1.3
näher eingegangen. Tabelle 2-2 auf Seite 12 stellt die unterschiedlichen Werte des
thermischen Ausdehnungskoeffizienten der jeweiligen Zellkomponenten der
Hochtemperatur-Brennstoffzelle dar.
Die derzeit verwendete Fest-Elektrolyt-Brennstoffzelle im Forschungszentrum Jülich
(FZJ) basiert auf dem Konzept der planaren Anode gestützten Zelle [Buc 1996];
[Haa 1996]; [Buc 1997]; [Buc 1998]. Hierbei besteht die Zelle aus einer dicken
Anodenschicht von ca. 1500 μm. Ihr Vorteil zeichnet sich nicht nur durch ihre hohe
Leistungsdichte sondern auch durch die mögliche Reduzierung der Betriebstemperatur
aus [Kri 1994].
Aufbau
Beim Aufbau des in Forschungszentrum Jülich verwendeten planaren SOFC-
Systems werden keramische Brennstoffzellen in einem Rahmen aus ferritischem
Stahl eingelötet. Um eine technisch nutzbare Spannung zu erreichen, werden
einzelne Zellen elektrisch isolierend und gasdicht mithilfe sog. Interkonnektoren
aufeinander gestapelt; dieses Ensemble wird als Stack bezeichnet. Dabei wird die
Leistungsgrenze der Zelle wesentlich durch die erreichbare Ionenstromdichte auf der
Strecke Anode-Elektrolyt-Kathode bestimmt. Durch ihre einfache modulare Bauweise
kann sie in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt werden. Somit können
durch unterschiedliche Baukastensysteme beliebige Leistungsgrößen erzielt und
letztendlich sogar autonome Energieerzeugungseinheiten aufgebaut werden.
Hauptsächlich ist die Verwendung der Hochtemperatur-Brennstoffzelle zur
dezentralen Stromversorgung für den Privathaushaushalt bis hin zum Großkraftwerk
gedacht; auch der Einsatz als Bord-Energieversorger im Fahrzeugbereich wird
verfolgt [Bos 1998]; [Kum 1993]; [Min 1993b].
Das hier dargestellte sog. F-Design in Abbildung 2-2 zeigt detailliert, wie ein
einfacher Stack aufgebaut ist. Es basiert auf zwei jeweils einseitig mit Interkonnektoren
versehenen Grundplatten, die an den beiden Enden des Stacks
angebracht sind. Dazwischen liegen die keramischen Brennstoffzellen jeweils im
Wechsel mit einer Trägerplatte, die beidseitig mit Interkonnektoren versehen sind.
Durch Eingangskanäle werden Luft und Brenngas zur Brennstoffzelle und durch
einen Ausgangskanal wird das Abgas geleitet.