Plamsa-Spritzen von membram electrode assemblies (MEA) zur kostengünstigen Herstellung planarer Festkörperoxid-Brennstoffzellen (SOFC)

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Plamsa-Spritzen von membram electrode assemblies (MEA) zur kostengünstigen Herstellung planarer Festkörperoxid-Brennstoffzellen (SOFC)
Projektleitung Marion Wienecke , Prof. Dr. rer. nat. habil.
Kürzel
Projektbeginn 01. September 2001
Projektabschluss 30. April 2003
Projektpartner
Projektbeteiligte Institut für Oberflächen- und Dünnschichttechnik ,
Projektmittel 101000 €
Mittelgeber BMBF-Projekt (aFuE)
Fakultät(en)
Forschungsschwerpunkte(e) Produktentwicklung
Hyperlink http://www.hs-wismar.de/ifod

Inhalt

Die direkte elektrochemische Umwandlung von Brennstoffen in elektrische Energie besitzt höhere Wirkungsgrade als die konventionelle Wärmekraftmaschine [Sti98] und ist zudem aufgrund der geringeren Emission von Schadstoffen wesentlich umweltfreundlicher. Der Ausstoß an SOx und NOx ist etwa eine Größenordnung geringer als bei konventionellen Verbrennungsmotoren [Bad94]. Obwohl die prinzipielle Funktionsweise der Brennstoffzelle seit dem (vor)letzten Jahrhundert bekannt ist, wurde die nötige Technologie zur Realisierung von effizienten und kostengünstigen Brennstoffzellen erst in den letzten Jahrzehnten entwickelt (vergl.[Möb97]) und ist gegenwärtig aktueller Gegenstand der angewandten Forschung mit Blick auf eine rationelle und umweltfreundliche Energietechnik. Eines der heute favorisierten Brennstoffzellenkonzepte ist die Hochtemperatur- Brennstoffzelle oder „Solid Oxide Fuel Cell“ (SOFC). Sie besteht vollständig aus Festkörperelementen und hat eine Arbeitstemperatur von bis zu 1000°C. SOFCs stellen z.Z. die interessanteste Alternative für die stationäre Anwendung von Brennstoffzellen zur Elektroenergiegewinnung dar. Sie besitzen den Vorteil eines festen Elektrolyten, einer einfachen Systemtechnik und eines höheren Wirkungsgrades, da zusätzlich die Abwärme zur Energieerzeugung genutzt werden kann. Es kann erwartet werden, dass SOFCs in naher Zukunft, insbesondere für den kleinen Leistungsbereich, eine spürbare Marktposition erringen werden. Ein Durchbruch als neue Technik der Energieerzeugung wird wesentlich durch die Kosten im Vergleich zur konventionellen Energiegewinnung bestimmt werden. Unter diesem Gesichtspunkt sind gegenwärtig die Entwicklungsarbeiten auf diesem Gebiet insbesondere gerichtet auf

- neue Materialien für Elektrolyte, Anoden und Kathoden sowie von Interkonnektoren,

- Senkung der Arbeitstemperatur von SOFCs,

- neue Zellen- und Stackkonzepte, insbesondere planare und monolithischeVarianten zur Erhöhung der Leistungsdichte;


Das Projekt greift die vorstehend genannten Entwicklungsrichtungen auf. Wir möchten mit den in unserem Institut vorhanden thermischen Beschichtungstechnologien Flamm- und Plasma-Spritzen großflächige planare PEN Assemblies (positive Elektrode/ Elektrolyt/ negative Elektrode) auf der Grundlage neuer Materialien (LSM, YSZ, Ni:YSZCermets, siehe Abschnitt 2) herstellen. Wir wollen dabei auf das in unserem Institut vorhandene know how zur Herstellung von keramischen Beschichtungen mit definierter, insbesondere erhöhter Porosität anknüpfen und unsere Möglichkeiten zur mechanischen, strukturellen/chemischen und physikalischen Materialcharakterisierung (Leitfähigkeit, Impedanzspektroskopie) nutzen. Wir kooperieren dazu mit mittelständischen Unternehmen unserer Region:

- der Dünnschicht- und Oberflächentechnik (DOT) GmbH Rostock als potentiellen Beschichter künftiger Produkte sowie zur Einbeziehung bei uns nicht vorhandener Technologie (Vakuumplasmaspritzen)

- EnviteC Wismar GmbH als potentieller Hersteller von SOFC.

Mit diesem Projekt strebt der Antragsteller eine weitere Profilierung auf dem Gebiet des atmosphärischen Plasma- bzw. Flammspritzens sowie eine Produktentwicklung im Rahmen eines Nachfolgeprojekts gemeinsam mit den Kooperationspartnern (siehe Abschnitt 4 Verwertung) an.