SOFC20: Erster Test mit Hot Box-Stackmodul

Mit MK351 Interkonnektoren tragen wir im Rahmen des Verbundprojekts SOFC20 zu einem neuen, stationären Systemdemonstrator bei. Er wird bei einer elektrischen Leistung von über 5 kW einen elektrischen Wirkungsgrad von mehr als 50% erreichen.

Im Rahmen von SOFC20 arbeiten das Fraunhofer IKTS, Plansee SE, AVL List GmbH, SCHOTT AG und das Forschungszentrum Jülich an einem erdgasbetriebenen, stationären Systemdemonstrator. Bei einer elektrischen Leistung von über 5 kW wird er einen elektrischen Wirkungsgrad von mehr als 50% erreichen. Der erste Test der dafür vorgesehenen Hot-Box wurde im März 2012 erfolgreich abgeschlossen. SOFC20 wird vom deutschen Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.

Für das Projekt konzipierte das Fraunhofer-Institut für keramische Technologie und Systeme IKTS eine Hot-Box mit acht in Reihe geschalteten Brennstoffzellenstapeln. Der erste Test einer neu entwickelten Hot-Box wurde im März 2012 erfolgreich abgeschlossen. Das Stackmodul erreichte dabei bereits eine Leistung von 5,5 kW. Nach einem weiteren Test mit simuliertem Erdgasreformat wird das Stack-Modul bei der AVL List GmbH in eine speziell hierfür entwickelte Systemumgebung eingebaut und anschließend getestet.

Das Herzstück des Moduls besteht aus Stacks mit endkonturnah gefertigten CFY-Interkonnektoren von Plansee- wichtige Schlüsselkomponenten solcher Hochleistungs-Stacks. Die pulvermetallurgisch hergestellten Bauteile verbinden die einzelnen Brennstoffzellen und verteilen Brenngas und Luft im System.

Mit dem MK351 hat Plansee einen Interkonnektor speziell für den Einsatz in elektrolytgetragenen Zellen aus vollstabilisiertem Zirkonoxid entwickelt. Der Ausdehnungskoeffizient dieses chrombasierten Interkonnektors ist optimal an jenen des Elektrolyten angepasst.

Eine spezielle Schutzschicht gegen Chromabdampfung ist im Interkonnektor bereits integriert. Mit Abmessungen von 130 x 150 mm ist der MK351 von Plansee der derzeit weltgrößte, pulvermetallurgisch hergestellte SOFC-Interkonnektor und im Gegensatz zu kundenspezifischen, geschützten Designs für alle potentiellen Stack-Hersteller verfügbar.

Was ist eine SOFC?

Die Festoxidbrennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) kommt bei Betriebstemperaturen zwischen 650 und 1000°C zum Einsatz. Bei einer ESC-Festoxidbrennstoffzelle (Electrolyte Supported Cell, ESC) leitet der Elektrolyt nicht nur die Sauerstoffionen, er sorgt gleichzeitig für die mechanische Stabilität der Zellen. Im Gegensatz zu anderen Brennstoffzellentypen ist die SOFC nicht nur in der Lage Wasserstoff mit Hilfe von Sauerstoff in Wasser, sondern auch CO in CO2 umzuwandeln. Bei dieser elektrochemischen Reaktion wird aus der in den Gasen enthaltenen Energie überwiegend elektrischer Strom erzeugt. Die hohe Betriebstemperatur der SOFC bietet einen entscheidenden Vorteil: Aus Erdgas, Biogas oder anderen kohlenwasserstoffhaltigen Gasen kann innerhalb des Brennstoffzellensystems mit einer Reformierreaktion Wasserstoff und CO hergestellt werden. Metallische Interkonnektoren verbinden die Anode und Kathode der einzelnen Zellen elektrisch miteinander und verteilen Brenngas und Luft auf die aktiven Flächen. Durch mehrere übereinandergestapelte Zellebenen entsteht ein Zellstapel, der sogenannte Stack. Die Stacks einer SOFC sind in einer Hot-Box untergebracht Diese Hot Box schirmt die hohe Temperatur vom Rest des Brennstoffzellensystems ab und beinhaltet Durchführungen für Brenngas, Luft, Stromleitung und Sensorik. Die Peripherie versorgt das Stackmodul mit allen notwendigen Medien. Sie enthält unter anderem eine Entschwefelung für das Brenngas, alle Regelorgane für Brenngas und Luft, Wärmetauscher, Gebläse und einen Wechselrichter, der den von der Brennstoffzelle produzierten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Erfahren Sie mehr über unsere Interkonnektoren für SOFC.