Hochtemperatur-Elektrochemie und Funktionalisierte Oberflächen

Gruppe

Die Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (MCFC) gehören zu den reifsten und effizientesten Brennstoffzelltechnologien. MCFCs arbeiten bei hohen Temperaturen (580 bis 650 °C), daher sind sie – im Gegensatz zu BSZ mit niedriger Arbeitstemperatur – nicht nur für H2, sondern auch für H2+CO-Gemische oder Erdgas geeignet und benötigen darüber hinaus keine Edelmetallkatalysatoren. Allerdings unterstützen die hohen Temperaturen und die stark korrodierend wirkende Elektrolytschmelze die Degradation der MCFC-Komponenten und begrenzen damit deren Lebensdauer auf ca. 5 Jahre. Die Ausweitung der MCFC-Lebensdauer ist für die breitere Verwendung der Technologie essentiell. Diese kann nur bei intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Bereich von neuartigen Materialien gewährleistet werden.

Die aktuellen Forschungsarbeiten der im Rahmen des Fraunhofer-Attract Programm neugegründeten Arbeitsgruppe »Werkstoffe MCFC« konzentrieren sich thematisch auf die folgenden Problematiken:

  • Gezielte Verringerung der Löslichkeit und des Partikelwachstums der Matrix- und Kathodenmaterialien in Karbonatschmelze mit diversen Zusätzen
  • Untersuchung des Benetzungsverhaltens der Karbonatschmelzen bei verschiedenen Temperaturen und Zusammensetzungen
  • Quantitatives Verständnis der Wechselwirkung des geschmolzenen Elektrolyts mit keramischen/metallischen Werkstoffen während des MCFC-Betriebs

Die Lösungen dieser Probleme werden nicht nur zur Ausweitung der MCFC Lebensdauer beitragen, sondern auch zur weiteren Entwicklung von Materialien für die Hochtemperatur-thermischen und elektrochemischen Energiespeichersysteme, deren Effizienz entscheidend abhängig ist von der Wechselwirkung zwischen korrodierend wirkender Elektrolytschmelze und keramischen/metallischen Werkstoffen.

 

Leistungsangebot

 

  • Entwicklung von innovativen Werkstoffen für Systeme mit geschmolzenen Elektrolyten
  • Auslagerungsversuche von Pulvern in Elektrolytschmelzen
  • Herstellung und Degradationsversuche von Labor-Maßstab-Kathoden-, Anodenhalbzellen und Stapeln
  • In-situ elektrochemische Impedanzspektroskopie von Halbzellen und Stapeln

 

Technische Ausstattung

 

  •  Hochleistungsprüfstände für die Charakterisierung von:
    • Kathoden- und Anodenhalbzellen
    • Labor-Maßstab-MCFC-Stapeln
    • Kriechverhalten der Werkstoffe
  • Elektrochemische Impedanzspektroskopie Messstationen

Forschung aktuell

In-situ-Charakterisierung von MCFC-Kathoden mittels Impedanzspektroskopie

Forschung aktuell

Diodenlaser-Array zur Nachbearbeitung Inkjet-gedruckter Schichten