Herstellung von Rohren für Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC), für Betriebstemperaturen unter 600°C

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Eine Hochtempeaturbrennstoffzelle (SOFC) wird aus einer gasdichten keramischen Membran aus Gadolinium dotiertem Ceroxid (GDC) auf einer porösen Anode (GDC-Nickel-Cermet) aufgebaut. Auf diese Membran wird anschließend eine Kathode aus La-Sr-CoFerrat (LSCF) aufgebracht. Es ist wichtig, eine gute Haftung der Schichten zu gewährleisten. Um dies zu erreichen, wird die noch ungesinterte Elektrolytschicht durch elektrophoretische Infiltration mit nanoskaligen GDC-Teilchen auf über 80% nachverdichtet, was den Trocken- und anschließend den Sinterschrumpf minimiert und einen gradierten Dichteübergang von der Anode zur Elektrolytschicht ermöglicht. Auf die gut haftenden Elektrolytschicht wird nun die Kathode, ein Gemisch aus GDC und LSCF flammgespritzt. GDC hat als Elektrolytmaterial den großen Vorteil schon bei moderaten Temperaturen von 500°C bis 700°C sehr hohe Ionenleitfähigkeit zu zeigen. Ein weiterer Vorteil sind seine katalytischen Eigenschaften, die den Einsatz von kohlenstoffhaltigen Brenngasen wie Methan erlauben. Somit kann eine Brennstoffzelle konstruiert werden, deren Betriebstemperatur unterhalb der des Reformers (600°C) liegt, welcher zum Einsatz kohlenwasserstoffhaltiger Brenngase in Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) Brennstoffzellen erforderlich ist. So wird Reformierung und Energiewandlung bei Temperaturen von 500°C bis 600°C in einem System vereint. Das entwickelte Verfahren ist auf einen röhrenförmigen Aufbau der Brennstoffzelle adaptierbar.