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Robuste Brennstoffzellen für Lkws: Christian Doppler Labor am Forschungszentrum Jülich eröffnet

22.01.2015

Im Christian Doppler Labor am Forschungszentrum Jülich arbeiten Wissenschaftler an neuen Brennstoffzellen für die Bordstromversorgung von Lkws. Das österreichische Wissenschafts-, Forschungs- und Wirtschaftsministerium fördert die gestern offiziell eingeweihte Einrichtung über eine Gesamtlaufzeit von bis zu sieben Jahren. Ziel ist die Verbesserung der Lebensdauer von metallgestützten Hochtemperatur-Brennstoffzellen (MSC-SOFC), ein Zelltyp, der ohne Platin auskommt. Kooperationspartner sind die TU Wien sowie die österreichischen Unternehmen Plansee SE und AVL List GmbH. Sie beteiligen sich auch an der Finanzierung des Labors, dessen jährliches Gesamtbudget rund 500.000 Euro beträgt.

"Das neue CD-Labor bietet österreichischen Unternehmen die Chance, marktfähiges Wissen auf höchstem Niveau zu akquirieren und neue Produkte zu entwickeln. Internationalisierung und Zusammenarbeit sind Schlüsselfaktoren für Forschungserfolge, von denen alle beteiligten Partner profitieren", sagt Österreichs Wissenschafts-, Forschungs- und Wirtschaftsminister Dr. Reinhold Mitterlehner. Im Rahmen des neuen CD-Labors kooperiert das Forschungszentrum Jülich nicht nur mit österreichischen Unternehmen, sondern auch mit der Technischen Universität Wien.


Kassette mit metallgestützter Hochtemperatur-Brennstoffzelle (MSC-SOFC) und Gasverteilerstruktur (Mitte)

Copyright: Plansee SE

„Die Einrichtung eines Christian Doppler Labors an einem deutschen Zentrum ist eine besondere Auszeichnung und setzt neue Impulse für die Jülicher Brennstoffzellenforschung. Die enge Kooperation mit unseren industriellen Partnern, mit denen wir teilweise schon seit vielen Jahren erfolgreich zusammenarbeiten, schafft beste Voraussetzungen, um die wissenschaftlichen Ergebnisse in die Praxis zu überführen“, erklärt Prof. Harald Bolt, Mitglied des Vorstands des Forschungszentrums Jülich.

Leerlaufzeiten vermeiden
Mit einer Leistung von einigen Kilowatt benötigen viele Lkws genauso viel Strom wie ein Mehrfamilienhaus. Um Kühlaggregate, Standheizung oder auch die Kaffeemaschine an Bord mit Strom zu versorgen, rotieren die Motoren auf Rastplätzen häufig im Leerlauf. Brennstoffzellen-Aggregate, auch APU (Auxiliary Power Unit) genannt, könnten hier beim Energiesparen helfen. Sie arbeiten autark und sind deutlich sauberer, leiser und effizienter. Langfristig könnten diese APUs auch im Fahrbetrieb eingesetzt werden, um zusätzliche elektrische Energie für Hybridfunktionalitäten bereitzustellen.

Effizient ohne Edelmetall
Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Festelektrolyt sind für wirtschaftliche Lösungen interessant, unter anderem weil sie ohne teures Platin auskommen. Mittels eines zwischengeschalteten Reformers können sie handelsüblichen Fahrzeugdiesel umsetzen. Vollkeramische Zelltypen sind am weitesten ausgereift, allerdings auch relativ spröde. Metallgestützte Varianten, die Jülicher Wissenschaftler gemeinsam mit den österreichischen Firmen Plansee SE und AVL List GmbH sowie der TU Wien als wissenschaftlichem Partner entwickeln, halten den Stößen und Vibrationen am Fahrzeugboden besser stand. Zudem ließen sich mit ihnen die Herstellungskosten weiter reduzieren. Zellen mit dem gegenwärtigen Entwicklungsstand haben aber den Nachteil, dass die Leistung bereits nach einigen Hundert Betriebsstunden deutlich abfällt.

Alterungsprozessen vorbeugen
„Ursachen für die noch zu hohe Alterungsrate sind die noch nicht optimale Mikrostruktur der Elektroden, die Wechselwirkung der Elektrodenwerkstoffe mit Verunreinigungen der Betriebsgase sowie Interdiffusions- und Oxidationsvorgänge an den Grenzflächen. Im Christian Doppler Labor wollen wir diese Mechanismen im Detail verstehen und Lösungen erarbeiten, die der vorzeitigen Alterung vorbeugen“, erklärt Laborleiter Priv.-Doz. Dr. Martin Bram vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. Die am Institut entwickelte, anodengestützte Hochtemperatur-Brennstoffzelle (engl. Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) ist längst eine Erfolgsgeschichte. Sie bewährt sich in einem Langzeitversuch seit nunmehr über 60.000 Stunden. Die erforderliche Langzeitstabilität für die Bordstromversorgung fällt dagegen vergleichsweise kurz aus. Ziel ist es, mit der metallgestützten Variante (engl. Metal Supported Cell, MSC) etwa ein Fünftel dieser Laufzeit zu erreichen.

Das Fördermodell der Christian Doppler Labors:
In Christian Doppler Labors wird anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf hohem Niveau betrieben, hervorragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kooperieren dazu mit innovativen Unternehmen. Für die Förderung dieser Zusammenarbeit gilt die Christian Doppler Forschungsgesellschaft international als Best-Practice-Beispiel.

Christian Doppler Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das österreichische Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (BMWFW).

Weitere Informationen:
Christian Doppler Forschungsgesellschaft: https://www.cdg.ac.at/
Plansee SE: http://www.plansee.com/de/index.htm
AVL List GmbH: https://www.avl.com/
Forschung am Institut für Energie- und Klimaforschung, Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1): http://www.fz-juelich.de/iek/iek-1/

Ansprechpartner:
Priv.-Doz. Dr. Martin Bram
Tel. +49 2461 61- 6858
m.bram@fz-juelich.de

Pressekontakt:
Tobias Schlößer
Tel. +49 2461 61-4771
t.schloesser@fz-juelich.de

Weitere Informationen:

http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2015/15-01-21christ...

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich

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