Stabileres Anodenmaterial verlängert Lebensdauer von SOFC-Brennstoffzellen

SOFC-Brennstoffzellen können direkt mit Erdgas oder Methanol betrieben werden und arbeiten bei besonders hohen Temperaturen von um 800 Grad Celsius. Schottische Wissenschaftler haben nun ein neues Material für die elektrisch leitende Anode solcher Zellen entwickelt, die eine höhere Stabilität und weniger störende Kohlenstoffablagerungen aufweisen soll.

Mit dieser Substanz, die die Forscher im Fachblatt Nature Materials (DOI: 10.1038/nmat871) beschreiben, könnten Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der kleinen Kraftwerke länger gewährleistet werden.

Neben dem entsprechend angepassten Aufbau der Zelle selbst müssen die verwendeten Materialien für die Elektroden in Brennstoffzellen gute katalytische Eigenschaften und eine ausreichende Stromleitfähigkeit aufweisen. Keramik-Metall-Mischungen aus Nickel und Zirkoniumoxid werden von den Entwicklern weltweit gerne genutzt.

Doch die guten Katalyse-Eigenschaften des Nickels bringen mit sich, dass sich mit der Zeit elementarer Kohlenstoff und Schwefel aus verunreinigtem Methan oder verdampftem Methanol an der Anode absetzen. Zudem ist die Stabilität dieser Elektrode bei möglichen Oxidationen nicht sonderlich hoch, wodurch die Lesitungsfähigkeit empfindlich gestört wird. Eine Lösung sieht John Irvine von der University of St Andrews im schottischen Fife nun in einer nickelfreien Anode, die sich im wesentlichen aus den Elementen Lanthan, Strontium, Chrom und Mangan zusammensetzt. „Die Anode ist sowohl in einer Treibstoff- als auch unter einer Luftumgebung stabil“, berichtet Irvine. Durch den Verzicht auf Nickel erreicht das Material allerdings erst bei hohen Temperaturen technisch geeignete Werte.

„Dieses Material liefert nur bei hohen Temperaturen eine vernünftige Leistungsdichte“, bestätigt Frank Tietz, Experte für Hochtemperatur-Brennstoffzellen am Forschungszentrum Jülich. Damit bewege sich Irvine eigentlich gegen den Entwicklungstrend. Denn mit Hochdruck versuchen Wissenschaftler, die hohen Betriebstemperaturen solcher Zellen unter die 800 Grad-Schwelle zu drücken.