Development of an SOFC anode for the internal reforming of methane

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Stimming
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2000 bis 2005
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5273522

Die Festoxidbrennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) wandelt bei Temperaturen von 700 - 1000 °C chemische Energie (z. B. aus Synthesegas (H2, CO) in elektrische Energie und Wärme um. Bei den Betriebstemperaturen der SOFC kann Methan in Gegenwart von Wasser intern an der Brenngaselektrode zu Synthegasegas umgewandelt werden. Diese Reaktion benötigt Wärme, die prinzipiell durch die Abwärme der elektrochemischen Reaktionen bereitgestellt werden kann. Damit können Wärmetransport und verfahrenstechnischer Aufwand im Gesamtsystem verringert und die Systeme vereinfacht werden. Probleme bestehen hierbei allerdings in der schnelleren Reformierungsreaktion gegenüber der elektrochemischen Umsetzung der Reformierungsprodukte, was zu unakzeptablen Temperaturdifferenzen in der SOFC-Zelle führt.Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Charakterisierung einer 2-Schicht-Anode für die Hochtemperatur-Brennstoffzelle SOFC mit interner Methanreformierung. Die erste Schicht soll einer Standardanode (Cermet aus Nickel/Yttrium-dotiertem ZrO2, YSZ) entsprechen und die zweite (oberste) Schicht soll durch eine veränderte Mikrostruktur und Verwendung alternativer Materialien (Metall/YSZ-Cermet) eine Verlangsamung der Methanreformierung bewirken. Damit können die Geschwindigkeiten der Reformierungsreaktion und der elektrochemischen Reaktion aneinander angepasst werden. Als Folge verteilt sich die Reformierung auf den gesamten Gasweg, wodurch eine homogene Temperaturverteilung innerhalb des Stacks erreicht wird. Eine normierte Reformierungsrate für verschiedene Alternativmaterialien soll ermittelt werden. Der Einfluss der Mikrostruktur soll anhand von Messungen der Reformierungsrate an verschiedenen Cermets in Abhängigkeit der Eingangsgase bestimmt werden. Ein Modell zur empirischen Beschreibung der Abhängigkeit der Reformierungsrate von bestimmten Parametern soll entwickelt werden. Halbzellen und Einzelzellen mit einer derartigen gradierten Anodenstruktur sollen elektrochemisch und elektrisch charakterisiert werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1060: Neuartige Schichtstrukturen für Brennstoffzellen