Modelle des Anodenverschleißes bei Brennstoffzellen
Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie in Molekülen ohne Verbrennung in elektrische Energie um. SOFCs können mit einer Vielzahl von Brennstoffen arbeiten, darunter Erdgas, Kohlegas, Biogas und Wasserstoff. Darüber hinaus sind sie mit sehr hohen Wirkungsgraden und geringen Materialkosten verbunden. Das größte Hindernis für eine verbreitete Marktdurchdringung bestand im Verschleiß der Anode, und dieses Problem bleibt, obwohl große Anstrengungen unternommen wurden, weiterhin bestehen. Ein großes multinationales Konsortium rief das EU-finanzierte Projekt ROBANODE(öffnet in neuem Fenster) (Understanding and minimizing anode degradation in hydrogen and natural gas fuelled SOFCs) ins Leben, um ausführlichere Modellierungen und Experimente durchzuführen und am großen Durchbruch zu arbeiten. Die Partner konzentrierten sich auf modifizierte, hochmoderne Cermet-Anoden aus Basis von Nickel (Ni). Die Brennstoffzelle besteht aus dem Festoxid- oder Keramik-Elektrolyt, der eine Schicht zwischen einer Anode und einer Kathode bildet. Der Elektrolyt ist im Grunde mit den Elektroden beschichtet. An der Anode wird Brennstoff oxidiert. Zusätzlich zu den hohen Wirkungsgraden und der Brennstoffflexibilität ermöglichen die hohen Betriebstemperaturen eine Brennstoffreformierung direkt in der Brennstoffzelle, sodass keine externe Reformierung stattfinden muss. Bei wasserstoffbetriebenen SOFCs entsteht der Verschleiß der Anode in erster Linie durch Veränderungen der Mikrostruktur. Bei SOFCs, die Erdgas oder andere Kohlenwasserstoffe verwenden, führen hauptsächlich Kohlenstoffablagerungen und Schwefeleinwirkung zum Verschleiß der Anode, was sowohl die elektrochemische als auch die katalytische Aktivität für die interne Reformierung beeinträchtigt. Die Forscher setzten sich zum Ziel, zielgerichtete Modifikationen der Ni-basierten Cermet-Anoden für jeden Brennstofftyp zu erreichen und die Eigenschaften so wunschgemäß zu verändern. Die umfassende experimentelle Kampagne und theoretische Arbeit des ROBANODE-Projekts führte zur Entwicklung zweier mathematischer Modelle, mit denen die wichtigsten Vorgänge des Anodenverschleißes bei SOFCs simuliert werden können. Zudem erwecken die vorgeschlagenen Modifikationen zur Haltbarkeitssteigerung die Aufmerksamkeit der Industrie, insbesondere hinsichtlich der vielversprechenden Kohlenstoff- und Schwefeltoleranz der mit Gold modifizierten, Ni-basierten Anoden bei der Methan-haltigen Dampfreformierung. Es wird erwartet, dass die kommerzielle Anwendbarkeit des Pulvermodifikationsverfahrens die durch den Einsatz von Gold erhöhten Kosten ausgleichen wird. Die Arbeit wurde in renommierten, von Experten geprüften Fachzeitschriften und auf internationalen Konferenzen weit verbreitet. Durch ROBANODE wurde unser Wissen vertieft, um die Haltbarkeit von SOFC-Anoden zu verlängern und eine weitere Marktdurchdringung dieser emissionsarmen Technologie zur Stromerzeugung zu erreichen.
Schlüsselbegriffe
Anodenverschleiß, Festoxidbrennstoffzellen, Erdgas, Elektrizität, Wasserstoff
