Auf dem Weg zu einer vollständigen Umwandlung von Wasserstoff in Elektrizität
Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) verwenden Vollkeramik als Elektrolyt (leitfähiges Medium). Es handelt sich dabei um vielversprechende Objekte, mit denen Brennstoffe durch elektrochemische Prozesse statt durch Verbrennung in Elektrizität umgewandelt werden können. Ihre Wirksamkeit und Stabilität wird jedoch durch eine Reihe von Faktoren begrenzt. Protonenleitende SOFC oder protonen-keramische Brennstoffzellen (PCFC) verwenden statt eines Oxidionenleiters ein protonenleitendes Elektrolyt und verfügen theoretisch über die Möglichkeit einer hundertprozentigen Brennstoffverwertung. Die mangelhafte Stabilität, Sinterfähigkeit und Leitfähigkeit für Gleichstrom-Protonen der infrage kommenden Elektrolyte stellten jedoch für die kommerzielle Entwicklung ein Hindernis dar. Wissenschaftler riefen das EU-finanzierte Projekt "Efficient and robust fuel cell with novel ceramic proton conducting electrolyte" (EFFIPRO) ins Leben, um neuartige stabilere Elektrolyte wie Lanthan-Niobium-Oxid (LaNbO4) zu verwenden, um die allgemeine Leistung der PCFC zu steigern. Ein gründliches Forschungsprogramm führte zur Entdeckung einer neuen Klasse stabiler protonenleitender Keramiken – Lanthan-Wolfram-Oxide (LWO) – als beste Protonenleiter. Die Wissenschaftler setzten gepulste Laserabscheidung (PLD) ein, um ein LWO-Elektrolyt mithilfe einer porösen Metalllegierung und einer funktionalen Strontium-dotierten Lanthanchromit-Anode (LSC) herzustellen. Dabei handelt es sich um die bislang erste PCFC-Struktur der dritten Generation, die zum Patent angemeldet wurde. Es ist wahrscheinlich, dass PCFC aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und ihrer Einsatzmöglichkeit für den mittleren Temperaturbereich für die zukünftige Energiepolitik eine entscheidende Rolle spielen werden. Auf der Basis neuer Werkstoffklassen hat EFFIPRO den ersten Schritt in diese Richtung unternommen und die Probleme und Lösungen für die Anwendung dünnschichtiger Elektrolyte und passender Elektrodenstrukturen aufgezeigt.
