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Institut für Energie- und Klimaforschung

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40.000 h Rekord bei SOFC-Stacks

Erfolgreicher Dauertest unter realen Betriebsbedingungen

Dauertest eines Brennstoffzellenstacks mit Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) zum Nachweis der Machbarkeit langlebiger stationärer Systeme

Link zur aktuellen Pressemitteilung

Um die Langzeitstabilität unter Beweis zu stellen, wurde im August 2008 mit einem im Forschungszentrum JÜLICH entwickelten Hochtemperatur-Brennstoffzellenstack (SOFC) ein Dauertest aufgenommen. Dabei wird der Stack in einem Ofen unter konstanten Bedingungen bei 700°C Umgebungstemperatur mit Wasserstoff und Luft und einer Strombelastung von 500 mA/cm² betrieben.

Einzelteile eines Hochtemperatur-Brennstoffzellenstacks (SOFCEinzelteile eines Hochtemperatur-Brennstoffzellenstacks (SOFC

Nach nunmehr über viereinhalbjähriger Betriebszeit (40.000 Stunden) hat die Leistung durch betriebsbedingte Alterungsprozesse um ca. 37% abgenommen. Dies entspricht einer Alterungsrate von 0,9 % pro 1.000 Stunden. Damit wurde das für eine Kommerzialisierung erforderliche Ziel von zunächst 20% Leistungsabnahme in 40.000 Stunden zwar noch nicht ganz erreicht, es konnte aber gezeigt werden, dass solche Betriebszeiten mit den verwendeten Werkstoffen grundsätzlich machbar sind. Versuche mit weiter verbesserten Schichten zeigen Alterungsraten von ca. 0,15% pro 1.000 Stunden, allerdings liegen die erreichten Betriebszeiten hier erst bei 10.000 Stunden.

Um die Leistungsfähigkeit und Alterungsstabilität unter Beweis zu stellen, wurde im August 2010 mit einem im IEK-3 entwickelten und erstellten Energiesystem mit Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC) ein Dauertest aufgenommen. Dabei wird das System unter realistischen Anwendungsbedingungen eines Horizontalkommissionierers im Dreischichtbetrieb belastet.

Nach nunmehr über einjähriger Betriebszeit (10.000 Stunden) hat die erzielbare Zellspannung durch betriebsbedingte Alterungsprozesse um 80 - 130 mV nachgegeben. Dies entspricht im schlechtesten Betriebsfall bei 100 mA/cm² einer Alterungsrate von 2,5 % pro 1.000 Stunden. Damit wurde das für eine Kommerzialisierung erforderliche Ziel von 5.000 Betriebsstunden verdoppelt.   
   

Änderung der Zellspannungen als Funktion der Betriebszeit für Langzeitversuche mit unterschiedlicher Beschichtung auf der KathodenseiteÄnderung der Zellspannungen als Funktion der Betriebszeit für Langzeitversuche mit unterschiedlicher Beschichtung auf der Kathodenseite


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