T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

16 Stand des Wissens
2.1.3. Anforderungen an die Lotmaterialien
Wie schon im Abschnitt 2.1.2 beschrieben, benötigt man für den Erhalt eines
gasdichten Stack ein passendes Lotmaterial. Hierbei erfolgt die Auswahl geeigneter
Lotmaterialien für die SOFC, mit Rücksicht auf die Eigenschaften der zu fügenden
Werkstoffe, hauptsächlich unter folgenden Gesichtspunkten:
• Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten,
• elektrisch isolierend (R >> 2 k),
• gute thermochemische Kompatibilität mit SOFC Fügekomponenten,
• chemische Stabilität unter SOFC-Atmosphäre (H2 + H2O),
• Lebensdauer über 40000 h für stationäre Anwendung bzw. 5000 h für
mobile Anwendung,
• Thermozyklierbarkeit,
• gute Haftung,
• Gasdichtigkeit (10 -9 mbar·l·s -1 ),
• keine unerwünschte Wechselwirkung mit anderen Zellkomponenten
Wie bei allen Fügematerialien ist auch bei einem Glaslot die Anpassung des
thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Verbindungspartner notwendige
Vorraussetzung für feste, dichte Verbindungen. In Rahmen dieser Arbeit wird der
thermische Ausdehnungskoeffizient des Lotmaterials zu dem Interkonnektor sowie
der Keramik-Komponente der Hochtemperatur-Brennstoffzelle gut angepasst. Damit
werden mögliche Spannungen, die zum Bruch und letztendlich zur Undichtigkeit der
Zelle führen können, vermieden. Idealerweise soll der Ausdehnungskoeffizient von
Glas etwas kleiner sein als der von Metall, um das Auftreten von Zugspannungen im
Lot zu vermeiden. Die Differenz beider Ausdehnungskoeffizienten soll 0,5·0 -6 K -1 nicht
überschreiten [Pea 2002]. Neben dem gut angepassten Ausdehnungs-koeffizienten
spielt eine gute Assemblierung des Stacks eine Rolle; fehlerhafte Positionierung
kann zu einer unzureichenden Thermozyklierbarkeit des Stacks führen. Weiterhin
soll das Lotmaterial elektrisch isolierend sein (R >> 2 k), damit Kurzschlüsse in der
Zelle vermieden werden. Auch unerwünschte Wechselwirkungen mit anderen SOFC-
Komponenten sollen ausgeschlossen werden; d.h. die chemische Kompatibilität
zwischen SOFC-Komponenten muss gewährleistet werden, um eine mögliche
langzeitstabile SOFC zu ermöglichen. Zudem soll das Lotmaterial beim Fügeprozeß
ausreichend fließen und eine gute Benetzbarkeit auf den zu fügenden Komponenten
besitzen, um eine gasdichte, mechanisch stabile thermozyklierfähige Verbindung
herzustellen.