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Parameterstudie zur Langzeitbeständigkeit von Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC)

Michael Becker (Unbekannter Einband, Deutsch)

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Beschreibung

Fossile Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle sind seit langem die am häufigsten verwendeten Primärenergieträger der industrialisierten Welt. Doch seit einiger Zeit wird ihr zukünftiger Einsatz kritisch beobachtet. Einerseits bewirkt die begrenzte Verfügbarkeit fossiler Energieträger bei steigendem Verbrauch zu einem beschleunigten Preisanstieg1, der in den ersten fünf Jahren des 21. Jahrhunderts zu einer Preisverdoppelung für Rohöl führte. Andererseits werden durch die Verbrennung kohlenstoffhaltiger Energieträger große Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre abgegeben. Heute ist unbestritten, dass dies durch den so genannten Treibhauseffekt die Erderwärmung verstärkt. Durch den damit verbundenen Meeresspiegelanstieg wird der Lebensraum von Millionen Menschen bedroht. Somit wird bei weiterhin steigendem Verbrauch von Primärenergieträgern sowohl aus ökonomischer als auch aus ökologischer Sicht zukünftig eine effizientere Nutzung der Primärenergieträger notwendig. Die meisten Industriestaaten verwenden den größten Anteil des gesamten Erdöl- bzw. Erdgasverbrauchs für die Erzeugung elektrischer Energie und für die Wärmeenergiegewinnung. Speziell in Deutschland sind für die elektrische Energieerzeugung permanent nutzbare natürliche Ressourcen wie Geothermie oder Wasserkraft nicht in ausreichender Menge vorhanden oder unterliegen den Schwankungen des Wetters wie Sonnen- und Windenergie. Daher bietet hierzulande die Kraft-Wärmekopplung (KWK) eine hervorragende Möglichkeit zur effizienten Energienutzung für die stationäre Energieversorgung. Bei KWK wird dem Kunden vom Kraftwerk neben Strom auch Fernwärme zur Verfügung gestellt. Damit der Anteil ungenutzter Abwärme minimiert und sehr hohe Systemwirkungsgrade erreicht. Aufgrund ihres Funktionsprinzips erreichen Brennstoffzellen sehr hohe elektrische Wirkungsgrade. Insbesondere bei Einsatz der oxidkeramischen Hochtemperaturbrennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) können in stationären Anwendungen die höchsten Systemwirkungsgrade und die höchsten Stromkennzahlen (Verhältnis von Strom zu Nutzwärme) [WBGU] erzielt werden. Aber auch im Automobil wird der Einsatz der Hochtemperaturbrennstoffzelle untersucht. Erstens liefern moderne sparsame Verbrennungsmotoren nicht genügend Abwärme zur Heizung des Fahrzeuginnenraums, so dass (elektrische) Zusatzheizungen notwendig werden. Zweitens nimmt der Grad der Elektrifizierung (X-by-wire Technologie) im Automobil ständig zu, wodurch zusätzliche elektrische Energie benötigt wird. Durch den Einsatz der SOFC als Auxiliary Power Unit (APU) wird sowohl Wärme als auch elektrische Energie generiert und das unabhängig von der Motordrehzahl. Damit entfallen unnötige Teillastzyklen, in denen der Motor mit geringem Wirkungsgrad arbeitet [Lam03]. Obwohl das Funktionsprinzip seit mehr als 150 Jahren bekannt ist und die Vorteile der SOFC auf der Hand liegen, konnten sich Brennstoffzellensysteme gegen das technisch einfacher zu realisierende elektrodynamische Prinzip bisher nicht durchsetzen. Zwei wichtige Gründe sind die bislang zu hohen Degradationsraten (Leistungsabnahme/ Zeiteinheit) und die zu hohen Kosten [Ker00]. Durch Absenkung der Betriebstemperatur können zwar einerseits kostengünstigere Materialien für Peripheriegeräte des Systems eingesetzt werden. Andererseits nehmen bei einer SOFC die Verluste bei sinkender Temperatur zu, so dass bei abgesenkter Betriebstemperatur mehr Einzelzellen für die Erzeugung der gleichen Gesamtleistung benötigt werden. Es sei denn, es kommen leistungsfähigere Zellen zum Einsatz. Daher werden am Forschungszentrum Jülich (FZJ) seit einigen Jahren SOFCs mit katalytisch aktiven kobalthaltigen Kathoden entwickelt. Zellen mit diesen Kathoden erzielen im Bereich der SOFC weltweit hervorragende Werte bei Leistungsdichte und Langzeitstabilität und erlauben eine Absenkung der Betriebstemperatur um etwa 50 K ohne Leistungseinbuße gegenüber Zellen mit etablierter LSM-Kompositkathode. Die Degradationsraten der neu entwickelten Zellen sind aber höher als bei Zellen mit LSMKompositkathode. Weniger zeigen

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Produktinformationen

Technische Daten

Erscheinungsdatum

25.05.2007

Sprache

Deutsch

EAN

9783861302384

Herausgeber

Mainz, G

Sonderedition

Nein

Autor

Michael Becker

Seitenanzahl

221

Auflage

Einbandart

Unbekannter Einband

Schlagwörter

SOFC, Zellspannung, Hochtemperaturbrennstoffzellen

Thema-Inhalt

TJ - Elektronik, Nachrichtentechnik

Höhe

214 mm

Breite

14.8 cm

Warnhinweise und Sicherheitsinformationen

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