22.04.2010

Energie für unterwegs

Ein tragbares Brennstoffzellensystem arbeitet mit handelsüblichem Flüssiggas.

Physik Journal – Ein tragbares Brennstoffzellensystem arbeitet mit handelsüblichem Flüssiggas.

Brennstoffzellen gelten als eine der wichtigen Technologien, wenn es um die zukünftige Energieerzeugung geht. Während Systeme für Gebäude oder Fahrzeuge jedoch noch im Erprobungsstadium sind, gibt es heute bereits portable Anwendungen, etwa für den Campingbereich, die allerdings in Unterhalt und Betrieb einen gewissen Aufwand erfordern. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden haben nun eine einfach aufgebaute, tragbare Brennstoffzelle entwickelt, die mit Propangas arbeitet und ohne Wassermanagement auskommt. Der Prototyp, den das IKTS als seriennahe Studie verstanden wissen will, erbringt im Dauerbetrieb eine Leistung von 100 W und ist nicht größer als ein Schuhkarton mit jeweils 30 cm Länge und Breite. Seine Masse liegt bei gut 8 kg, der Wirkungsgrad bei etwa 20 Prozent. Mit einer 475 g fassenden Kartusche Flüssiggas läuft das System etwa zwölf Stunden.

Das Herzstück bildet eine planare Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC: Solid Oxid Fuel Cell), als Elektrolyt dient eine 90 µm dünne Keramikschicht aus dotiertem Zirkonoxid, die für Sauerstoffionen bei hohen Temperaturen durchlässig wird. Anodenseitig ist auf die Keramikfolie ein Nickelkatalysator aufgedruckt, kathodenseitig ein Keramikkatalysator. Dank des Nickels kann die SOFC auch Kohlenmonoxid oxidieren, ist also im Betrieb nicht auf reinen Wasserstoff angewiesen. Weitere funktionale Schichten, zum Beispiel Stromabnehmer oder Dichtungen, sind ebenfalls aufgedruckt oder laminiert. Sie bestehen teils aus Metalllegierungen, teils aus Keramiken. Der komplette Brennstoffzellen-Stack hat die Größe eines Würfels mit 70 mm Kantenlänge; alle Fertigungsschritte sind auf eine Massenproduktion ausgelegt.

Den Rest des Systems füllen ein Reformer, ein Nachbrenner, Wärmetauscher sowie Isolationsmaterial aus, da die Brennstoffzelle eine Betriebstemperatur von 850 °C hat.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, Mai 2010, S. 14

AH

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