Brennstoffzellen leichtgemacht

Die Festoxid- oder Hochtemperatur-Brennstoffzelle (abgekürzt: SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) liefert Energie in Form von Wärme und Strom bei hohen Wirkungsgraden und gilt daher als Energiequelle der Zukunft. Bei dieser Art der Brennstoffzellen-Technologie wird aus Kraftstoffen wie Diesel, Benzin oder Methanol bei Temperaturen bis 900 Grad Celsius das benötigte wasserstoffreiche Gas gewonnen. Die Bedingungen, die in der Brennstoffzelle herrschen, erfordern besondere Werkstoffe: Die neue Metallmischung „Crofer 22 H“ ist speziell für Hochtemperatur-Brennstoffzellen entwickelt worden. Sie enthält zwischen 20 und 24 Prozent Chrom sowie weitere Legierungsmittel wie Wolfram, Niob, Titan und Lanthan.

Der neue Werkstoff zeichnet sich durch hohe Korrosions-Beständigkeit bei Temperaturen bis 900 Grad, gute elektrische Leitfähigkeit der Oxid-Schicht und eine hohe mechanische Festigkeit bei Anwendungstemperatur aus. Zusätzlich ist er gut zu verarbeiten. Die Eigenschaften des Crofer 22 H optimierte ThyssenKrupp VDM im Rahmen des Forschungsprogramms „Zeus III“ zusammen mit dem Forschungszentrum Jülich unter Förderung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.

In dem mehrjährigen Projekt ist Crofer 22 H zur Marktreife geführt worden. Mit Hilfe des neuen Werkstoffs können Leichtbaustacks, also Blöcke aus mehreren Brennstoffzellen, z. B. für den Einsatz in Fahrzeugen gefertigt werden. Diese können sowohl für den Bereich der großindustriellen Energieversorgung als auch für kleine, dezentrale Einheiten im Haushalt und ebenso für die Energieversorgung von automotiven Anwendungen.

In der Brennstoffzelle wird der Hochleistungswerkstoff in den Interkonnektoren verwendet. Diese Stahl-Zwischenplatten verbinden die einzelnen Zellen zu einem leistungsfähigen Brennstoffzellen-„Stapel“. Die Liste der Anforderungen an den Werkstoff für dieses Bauteil ist lang: Er muss innerhalb der Brennstoffzelle elektrisch leitend, korrosionsfest, mechanisch stabil und belastbar sein, leicht zu verarbeiten und keine negativen Auswirkungen auf die Zelle haben. Crofer 22 H erfüllt all diese sehr spezifischen Anforderungen. Ein weiterer Vorteil sind die Ausdehnungswerte unter Einfluss von Wärme, die denen der Keramik entsprechen, die für die Zellen verwendet wird.

So kommt es zwischen beiden Materialien nicht zu mechanischen Spannungen, die die Keramik beschädigen könnten. Neben Crofer 22 H kommen weitere Werkstoffe von ThyssenKrupp VDM in Brennstoffzellen zum Einsatz. So spielen Hochtemperatur-Nickellegierungen in anderen SOFC-Baugruppen wie Wärmetauscher und Reformer eine Rolle.

Die Brennstoffzelle kann als „Auxiliary Power Unit“, also als An-Bord-Stromversorgungsaggregat verwendet werden – mobil in Autos, Lkw, Flugzeugen oder auf Schiffen. Ebenso gibt es stationäre Einsatzmöglichkeiten für die Gebäudeenergieversorgung oder in kleinen und großen Blockheizkraftwerken. Ihr Einsatz eröffnet somit eine effizientere Wärme- und Stromgewinnung für Privathaushalte wie für Fahrzeuge.

Bine / PH