Forscher machen Brennstoffzellen billiger

Neues Stack-Design aus Keramikplatten sorgt für langes Leben

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden haben neue Brennstoffzellen entwickelt, die den extremen thermischen, mechanischen und chemischen Belastungen standhalten. Mit Partner aus der Industrie ist es den Wissenschaftlern gelungen, eine Technik zu entwickeln, die Brennstoffzellen preisgünstig und langlebiger macht. Das Herzstück der neuen Hochtemperaturbrennstoffzellen, die sowohl Diesel, Erdgas oder Benzin, Biogas oder Wasserstoff in Wärme und Strom verwandeln, besteht aus Keramik.

„Keramische Hochtemperaturbrennstoffzellen werden schon bald ein Massenmarkt sein“, so Alexander Michaelis, Leiter des IKTS. „Sie eignen sich als mobile Stromgeneratoren für Campingfahrzeuge, Boote, LKWs oder PKWs, aber auch für stationäre Anwendungen zur Strom- Wärme- und Kältegewinnung oder zur Verstromung von Biogas in der Landwirtschaft.“ Mit der Entwicklung kostengünstiger und langlebiger Stacks, dem Herzstück der Hochtemperaturbrennstoffzellen, haben Forscher vom IKTS jetzt die Voraussetzung für eine kommerzielle Nutzung geschaffen.

Stacks sind Stapel aus dünnen keramischen Platten, an deren Oberfläche die Brennstoffe durch einen elektrochemischen Prozess direkt in elektrische Leistung umgewandelt werden. Verglichen mit Polymeren, die in Niedertemperaturbrennstoffzellen eingesetzt werden, haben diese keramischen Zellen den großen Vorteil, dass sie nicht nur reinen Wasserstoff, sondern auch Methan, Benzin, Diesel, Erd- oder Biogas verstromen können. Dieser Prozess ist technisch relativ einfach und daher kostengünstig. In Kombination mit Strom, Wärme- beziehungsweise Kältekopplung lassen sich Wirkungsgrade von mehr als 90 Prozent erreichen – mehr als mit jeder anderen Technologie.

Vor große Probleme stellte die Forscher allerdings das, was die Stacks im Inneren der Brennstoffzelle aushalten mussten: Die Betriebstemperatur kann bis zu tausend Grad betragen. Auf der Brenngasseite der keramischen Zellen herrschen extrem reduzierende und auf der Luftseite extrem oxidierende Bedingungen. Die Forscher am IKTS haben gemeinsam mit einigen Industriepartnern Verbundstoffe aus Metall, Keramik und Glas konzipiert, die sich für den Bau solcher kostengünstiger und robuster Stacks hervorragend eignen. In ersten Versuchen konnte eine Lebensdauer von mehr als 5.000 Stunden erreicht werden. Schon bald sollen diese neuen Brennstoffzellen in Serie hergestellt werden.