Herstellung von Rohren für Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC), für Betriebstemperaturen unter 600°C

• Antragsteller: Professor Dr. Rolf Clasen
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2004
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5367473

• Erstellungsjahr: 2007

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Es wurde ein Prototyp einer Brennstoffzelle hergestellt, wobei der Schwerpunkt der Arbeiten auf der Erzeugung dichter Gadolinium dotierter Ceroxid-Elektrolyte auf einem porösen Ni-Cermet lag. Die Imprägnierung der porösen Ni-Cermets mittels nanoskaliger Gadolinium dotierter Ceroxidpartikel wurde mittels Elektrophorese-Membranverfahren durchgeführt. Es wurde ein Dreischichtsystem bestehend aus einer Ni-Trägerkathode, imprägniert mit nanoskaligem Gadolinium dotierten Ceroxid, einer darauf mittels EPD abgeschiedenen dichten Ceroxid-Elektrolytschicht sowie einer darauf plasmagespritzten ULSM-Kathode - ein vollständiges funktionstüchtiges Festelektrolyt-Brennstoffzellensystem hergestellt. Das Ni-Ceroxid-Zweischichtsystem wurde bei 1350 °C gesintert, die ULSM-Kathode wurde mittels Plasmaspritzen aufgetragen. Obwohl bereits eine 25 bis 30 µm dicke Elektrolytschicht im Dreischichtsystem hergestellt werden konnte, wurden in dem kompletten Prototypen bislang lediglich die Stromdichtenverläufe mit einer Elektrolytschicht von ca. 2000 µm vermessen. Die Aktivitäten des Lehrstuhls konzentrieren sich derzeit auf eine Industriekooperation, in der mikrotubuläre SOFC auf ZrO2-Basis für mobile Anwendungen über in diesem Projekt entwickelte Verfahren, insbesondere der elektrophoretischen Beschichtung, hergestellt und einem Feldtest unterzogen werden sollen. Es besteht auch eine Kooperation mit einem Partner der Luftfahrtindustrie über APUs, da für die effiziente Stromerzeugung in Flugzeugen ähnliche Überlegungen wie im Automobilbau angestellt werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Fabrication of Ni/ GDC cermet anodes for solid oxide fuel cells by electrophoretic deposition. DKG & NKV Annual Meeting, Eindhoven 21.-23. October 2002
  S. Kühn, R. Clasen
  
• Electrophoretic impregnation of nickel foils with nanocristalline ceria as anodes for solid oxide fuel cells. 27th Ann. Meeting Int. Conf. on Advanced Ceramics & Composites, Cocoa Beach, Florida, USA, 26.-31.01.2003
  S. Kühn, G. Fehringer, S. Janes, R. Clasen
  
• Impregnation of Nickel Foils with Nanocrystalline Ceria as Anodes for Solid Oxide SOFC Ceram. Eng. Sci. Proc. 24,3 (2003) 305-310
  S. Kühn, J. Tabellion, R. Clasen
  
• Improved Calcination Process of Barium Calcium Niobate BCN18 and its In Situ Application to Thermal Spraying Ceram. Eng. Sci. Proc. 24,3 (2003) 299-304
  S. Kühn, S. Janes, R. Clasen
  
• Electrophoresis: an appropriate manufacturing technique for intermediate temperature solid oxide fuel cells Ceram. Eng. Sci. Proc. 25,3 (2004) 245-250
  S. Kühn, R. Clasen
  
• Electrophoresis: an appropriate manufacturing technique for low temperature Solid Oxide Fuel Cells SOFC. 28th Ann. Meeting Int. Conf. on Advanced Ceramics & Composites, Cocoa Beach, Florida, USA, 25.-30.01.2004
  S. Kühn, R. Clasen
  
• Verfahren zur Herstellung von metallischen Formkörpern mit einer keramischen Schicht, metallischer Formkörper und dessen Verwendung. DE 103 43 034 A1 Offenlegungsschrift (05.08.2004)
  R. Clasen, S. Kühn
  
• Untersuchungen zu neuen Ionenleitern für SOFC. Dissertation, Universität des Saarlandes, Saarbrücken 2005
  S. Kühn