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Development of 50kw class SOFC system and components

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Brennstoffzellen: die riesigen Batterien der Zukunft

Eine Brennstoffzelle funktioniert ähnlich wie eine Batterie, mit dem Unterschied, dass eine Brennstoffzelle kontinuierlich Elektrizität erzeugen kann, solange Brennstoff und Oxidantien weiter durch sie gepumpt werden. Ziel dieses Projekts war die Entwicklung einer 50 kW Brennstoffzelle mit Festkörperelektrolyt (SOFC) und die Adaption bestehender Technologie der kleineren, von SIEMENS entwickelten Brennstoffzellen.

Energie

Brennstoffzellen sind eine alte Technologie, die hauptsächlich auf Grund von Materialproblemen bisher noch nicht kommerzialisiert wurde. Die gegenwärtige Materialwissenschaft macht sie in speziellen Anwendungen, wie der kombinierten Strom- und Wärmeerzeugung und den fortgeschrittenen kombinierten Gasturbinen-Zyklen, möglicherweise bald zur Realität. Die Brennstoffzelle mit Festkörperelektrolyt (SOFC) wird im Vergleich zu anderen Typen der Brennstoffzelle als die am wünschenswerteste Brennstoffzelle für die Erzeugung von Elektrizität aus Kohlenwasserstoff-Brennstoffen betrachtet. Dies ist der Fall, weil sie einfach aufgebaut und hoch wirksam ist, gleichzeitig eine Verträglichkeit gegenüber Unreinheiten besitzt und intern Kohlenwasserstoff-Brennstoffe reformieren kann. Ein großer Vorteil von SOFC ist, dass sowohl Wasserstoff und Kohlenmonoxid in der Zelle benutzt werden, was bedeutet, dass die SOFC leicht und sicher viele häufig genutzte Kohlenwasserstoffbrennstoffe wie Erdgas, Diesel, Benzin, Alkohol und Steinkohlengas verwenden kann. Die SOFC-Technologie führt bei manch hohen Temperaturen dazu, dass die thermische Energie des Abgases wieder in Brennstoff zurückgeführt wird. Da die chemischen Reaktionen im SOFC bei hohen Betriebstemperaturen stattfinden, ist eine Luftverdichtung nicht erforderlich. Insbesondere gilt das für kleinere Systeme, wo dies eine einfache Konstruktion, einen ruhigen Betrieb und hohe Wirkungsgrade mit sich bringt. Es sind weder ausgefallene Katalysatoren noch Kühlsysteme notwendig. Ziel dieses Projekts war die Entwicklung einer SOFC-Testanlage mit einer Leistung von 50 kW, die nach einem Konzept von Siemens erstellt wurde und eine Anordnung von mehreren Zellen mit einer Metalltrennplatte enthält. Das Verhalten der Zellen und Speicher wurde untersucht und verbessert, wobei beträchtliche Anstrengungen in unterschiedliche Materialien, die in den verschiedenen Bauteilen des Systems benutzt wurden, geflossen sind. Zu den wichtigsten Bereichen der technologischen Entwicklung, die dabei eine Rolle spielten, gehörten Glas-Keramik-Verbindungen, Keramikzellen und bipolare Metallplatten.

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