T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

14 Stand des Wissens
reines Zirkondioxid bei hoher Temperatur mehrere Phasenumwandlungen und ist
somit nicht stabil. Eine Absenkung der Betriebstemperatur wird angestrebt, da dann
preiswertere Materialien für den Einsatz in der Brennstoffzelle und in Peripheriegeräten
zur Verfügung stehen. In diesem Zusammenhang steigt der Elektrolytwiderstand
an. Hierbei muss entweder bei gleicher Leistung eine größere Anlage
gebaut werden oder der Elektrolytwiderstand muss gesenkt werden, indem man die
Dicke des Elektrolyten verringert.
• Metallische Interkonnektoren
Für die bipolaren Platten, wo Luft und Brenngas hineingeführt werden, können
sowohl keramische [Haa 1996] als auch metallische Werkstoffe als Materialien-
Komponenten Verwendung finden. Beide besitzen die gute elektrische Leitfähigkeit,
welche bei den Interkonnektoren erwartet wird [Lin 1996]. In Anbetracht der Senkung
der Systemkosten der SOFC werden aufgrund ihrer leichten Verarbeitung aus
ferritischem Stahl hergestellte bipolare Platten bevorzugt. Für die Hochtemperatur-
Brennstoffzelle des planaren FZJ-Konzepts wird die Chromstahl-Legierung
(Crofer22) in Form metallischer bipolaren Platten verwendet. Sie zeigen eine
chemische Stabilität unter reduzierender und oxidierender Atmosphäre, eine hohe
elektrische Leitfähigkeit sowie eine chemische Kompatibilität mit anderen SOFC-
Komponenten; zudem sind sie bei einer Betriebstemperatur über 800 °C chemisch
und mechanisch beständig.
• Lotmaterialien
Eine wesentliche Herausforderung bei der Entwicklung der planaren
Hochtemperatur-Brennstoffzelle im Jülicher Konzept ist die Fügetechnik. Um die
Einzelbrennstoffzellen zu einem Stack, sowie die keramischen Brennstoffzellen mit
den metallischen Interkonnektoren zusammenzufügen, ist das Aufbringen eines
Lotmaterials notwendig. Dieses Lotmaterial muss zahlreichen Anforderungen
standhalten, welche in diesem Abschnitt detaillierter behandelt werden.
Für einen elektrisch isolierenden und zugleich bei höheren Betriebstemperaturen
stabilen, gasdichten Fügeverbund bieten sich anorganische Materialien an. So hat
sich das Fügen mit Glaslot im Bereich der stationären Anwendung der
Hochtemperatur-Brennstoffzelle bewährt. Dabei wird ein pulverförmiges Glas mit
geeigneter chemischer Zusammensetzung als Paste, Schlicker, seltener monolithisch
als Folie oder Einzeltropfen, einseitig auf einen der Fügepartner aufgetragen
und auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur erwärmt und dabei