Neue Triodenarchitektur für innovative Brennstoffzelle
Festoxid-Brennstoffzellen (solid oxide fuel cells, SOFC) erzeugen Strom durch Oxidation von Kohlenwasserstoffen wie Erdgas oder Biokraftstoff. SOFC besitzen eine Anode und eine Kathode aus Festoxid oder keramischen Elektrolyten und arbeiten bei extrem hohen Temperaturen. Die Entwickler müssen allerdings noch mehrere technische und Konstruktionsprobleme wie Kohlenstoff- und Schwefelakkumulation an der Anode lösen. Trotz intensiver Forschungen gelangen bisher keine großen technologischen Durchbrüche für einen robusteren Betrieb von SOFC. In diesem Sinne entwickelte das EU-finanzierte Projekt T-CELL (Innovative SOFC architecture based on triode operation) ein innovatives SOFC-Design mit neuartiger Triodenarchitektur. Prinzipiell werden hier widerstandsfähige Materialien und ein Zelldesign kombiniert, mit dem die elektrokatalytische Aktivität unter extremen Bedingungen in situ effektiv gesteuert werden kann. Neben anderen Metallen wurden hierfür modifizierte Nickel(Ni)-Materialien verwendet, da sie als anodische Elektroden in SOFC eine hohe Toleranzschwelle haben. Für die Triodenstruktur wurde im Wesentlichen eine dritte Elektrode eingeführt, die über einen Hilfsstromkreis Anode und Kathode ansteuert. Für alle in der Triodenzelle stattfindenden elektrochemischen Prozesse wurde schließlich ein detailliertes mathematisches Modell entwickelt. Mit dem völlig neuen Design von T-CELL konnte die Kohlenstoffabscheidungsrate bei Standard-Ni-Anoden nahezu halbiert und die Lebensdauer der Zelle verlängert werden, auch verbesserte sich die Leistung der SOFC und damit der elektrische Wirkungsgrad insgesamt. Zum Abschluss des Projekts wurde der Prototyp einer Triode entwickelt und getestet, der aus fünf Wiederholungseinheiten besteht. Die kommerzielle Nutzung des T-CELL-Designs soll die Energieabhängigkeit von fossilen Brennstoffen und damit Treibhausgasemissionen verringern, was langfristig eine qualitative Verbesserung der Umwelt und der öffentlichen Gesundheit fördert.
Schlüsselbegriffe
Energie, Festoxid-Brennstoffzellen, Biokraftstoff, T-CELL, Triode
