Forschung an Hochtemperaturbrennstoffzellen

Der Institutsbereich Engineering und Technologie (ZEA-1) des Zentralinstituts für Engineering, Elektronik und Analytik (ZAE) des Forschungszentrum Jülich beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Entwicklung von Glasloten für die Hochtemperaturbrennstoffzelle SOFC (Solid Oxygen Fuel Cell) und mit der Herstellung von Verbünden (sogenannte Stacks) aus einzelnen SOFC-Brennstoffzellen.

Ein vom ZEA-1 in Zusammenarbeit mit mehreren Institutsbereichen des Instituts für Energie und Klimaforschung  (IEK-1, IEK-2, IEK-3) des Forschungszentrums Jülich hergestellter Stack läuft mittlerweile ununterbrochen über 61.000 Stunden, davon 60.000 Stunden mit Stromproduktion. Das ist ein Weltrekord. Durch diese extrem lange Laufzeit konnte eindrucksvoll beweisen werden, dass die in Jülich entwickelten und verwendeten Werkstoffe aller Einzelkomponenten wie Zelle, Glaslote und metallischen Bipolarplatten in dieser Kombination langzeitstabil sind.

Der im Jahre 2007 hergestellte Brennstoffzellenstak wird bei 700° Celsius mit Wasserstoff als Brenngas betrieben. Die Alterung, auch Degradation genannt, liegt bei unter einem Prozent pro 1.000 Stunden Laufzeit. Die Degradation bewirkt, dass sich die Leistung des Stacks im Laufe der Zeit verringert, was mit einem Verlust der vom dem Stack erzeugten Spannung einhergeht. Ein weiterentwickelter Stack, den das ZEA-1 im Jahre 2010 wiederum mit dem IEK-1, IEK-2 und IEK3 hergestellt hat und der mittlerweile seit über 30.000 Stunden im Dauerbetrieb läuft, altert noch langsamer. Die Degradation bei diesem Stack beträgt etwa 0,3 Prozent pro 1.000 Stunden Betriebszeit.