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Materialwissenschaften
Legierung ermöglicht Serienproduktion von Interkonnektoren
Brennstoffzellen können CO2-Ausstoß von Autos deutlich verringern
Die Metalllegierung Crofer 22 APU ermöglicht erstmals die Serienproduktion von so genannten Interkonnektoren für Brennstoffzellen. Diese zentralen Bauelemente einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle verbinden die kleinen Einheiten zu einer leistungsfähigen Großeinheit (Stack). Entwickelt wurde die Legierung von einem Wissenschaftlerteam des Forschungszentrums Jülich unter der Leitung von Willem Quadakkers. Bisher war es nicht möglich, die Interkonnektoren kostengünstig und mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften aus metallischen Legierungen herzustellen.
“Die Anforderungen an das Material sind zum Teil widersprüchlich”, erklärt Willem Quadakkers. Aufgrund der Betriebstemperaturen von rund 900 Grad Celsius ist ein hoher Chromanteil erforderlich, der auch die Lebensdauer der Interkonnektoren verlängert. Allerdings dampft das Chrom bei den hohen Temperaturen ab und vermindert die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle drastisch. Dieses Problem sei nun durch eine Art “Selbstversiegelung” gelöst. Sobald die Brennstoffzelle aktiv wird, bildet sich auf der Oberfläche der Interkonnektoren eine Schutzschicht aus Chrom-Manganoxid, die die Chromabdampfung verhindert. Ausschlaggebend dafür ist unter anderem die Beimischung des chemischen Elements Lanthan. Weitere Legierungselemente sind Mangan und Titan.
Einsatzgebiet des Hightech-Materials ist unter anderem die Automobilindustrie. BMW erprobt das Material bereits in Prototypen. Die Brennstoffzellen benötigen zur Erzeugung der gleichen Menge elektrischer Energie nur etwa die Hälfte des Kraftstoffs, der verbraucht wird, wenn die Stromerzeugung den “Umweg” über Motor, Lichtmaschine und Batterie nimmt. Zunächst ist geplant, die Brennstoffzelle mit Benzin zu betreiben. Der Wasserstoff wird dann über einen Reformer aus dem Benzin gewonnen (Brennstoffzellen nutzen Wasserstoff zur Erzeugung von elektrischer Energie). Trotzdem werde aber der Kohlendioxidausstoß des Fahrzeugs dadurch deutlich verringert. Entwicklungspartner ist der Stahlkonzern ThyssenKrupp, der die Legierung herstellt.
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