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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Materialien und Materialverbunde der Hochtemperaturbrennstoffzelle

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Hochtemperaturbrennstoffzelle zu einer Technologie entwickelt die das Potential zur kommerziellen Anwendung erreicht hat.

Die Weiterentwicklung von Brennstoffzellenstapeln im Zusammenspiel mit der Nachuntersuchung nach Langzeitbetrieb haben jedoch auch Fragestellungen im Hinblick auf Stabilität von Zelle und Dichtung aufgeworfen. Im Rahmen von anwendungsnahen nationalen und europäischen Projekten befasst sich das IEK-2 mit der Charakterisierung dieser Materialien. Zielsetzung der Arbeiten ist neben der Bereitstellung von Materialparametern für die Analyse und Simulation von auftretenden Spannungszuständen, eine Unterstützung der chemischen und physikalischen Grundlagenforschung zur Weiterentwicklung und Verbesserung der Materialien.


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Scherbänder in Strontiumtitanat nach Härteeindruck mit den korrespondierenden kristallographischen OrientierungenScherbänder in Strontiumtitanat nach Härteeindruck mit den korrespondierenden kristallographischen Orientierungen


Zur Sicherstellung der langfristigen mechanischen Integrität werden keramische Zell- und Fügematerialien untersucht. Besondere Berücksichtigung erfährt hierbei neben der Festigkeit des Substrats und deren Steigerung das (Re)Oxidationsverhalten des Substratmaterials durch die Verwendung von neu entwickelten Materialien und die Stabilität der Fügewerkstoffe. Hier haben sich bei glaskeramischen Materialien Grenzen aufgrund der geringen Sprödbruchfestigkeit und Restviskosität gezeigt und bei metallischen Materialien aufgrund auftretender thermomechanischer Alterungsmechanismen die zu einer porösen Lotstruktur führen. Zur Gewährleistung der mechanischen Integrität erfolgen zusätzlich Untersuchungen zum Effekt langsamen Risswachstums und zum Kriechversagen die die Grundlage einer Lebensdauerbestimmung bilden. Unterstützt werden die mechanischen Untersuchungen durch Mikrostruktur- und Phasenbestimmungen. Insbesondere die Poren- und Fehlstellenstruktur werden Materialentwicklungsbegleitend mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert.


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