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Institut für Energie- und Klimaforschung

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SOFC

Schlüsselbegriffe:   
Hochtemperatur-Brennstoffzelle und Elektrolyse, dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung, Bordstromversorgung, Degradationsanalyse, thermo­mechanische Belastung, Systementwicklung und –demonstration, CFD- und FEM-Simulation

Die Hochtemperatur-Brennstoffzelle (engl.: Solid Oxide Fuel Cell; SOFC) eignet sich wegen der hohen Betriebstemperaturen für Anwendungen im Bereich der dezentralen Energieversorgung und der Kraft-Wärme-Kopplung für Industrieprozesse. Daneben werden Anwendungen als Bordstromversorgung (engl.: Auxiliary Power Unit; APU) in Straßenfahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen anvisiert.

Ein Schwerpunkt der Arbeiten ist die elektrochemische Charakterisierung von Zellen und Zellenstapeln (engl.: stacks). Diese beinhaltet Leistungsmessungen und Langzeitstabilitätsmessungen unter verschiedenen Testbedingungen. Wichtige Aufgaben sind die Analyse der Degradationsvorgänge und der thermomechanischen Ursachen für Leistungseinbrüche und Undichtigkeiten.

SOFC-SystemSystemteststand zur anwendungsnahen Untersuchung von SOFC-Stacks einer elektrischen Gesamtleistung von bis zu 20 kW

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt in der Systementwicklung. Hier werden die für den Systembetrieb unverzichtbaren peripheren Anlagenkomponenten ausgelegt, konstruiert und getestet. Diese Arbeiten münden in den Aufbau von Demonstrationssystemen von 1 bis 100 kW, die auch die Nutzung von Wasserstoff z.B. bei der Rückverstromung erlauben. Die durch den Betrieb dieser Systeme gesammelten Erkenntnisse liefern einen entscheidenden Beitrag zur Optimierung von Anlagensteuerung und Betriebsführung. Im Bereich der Verfahrens- und Systemanalyse liegt der Schwerpunkt in der Entwicklung und Bewertung von verbesserten Energieumwandlungskonzepten mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen unter Verwendung unterschiedlicher Brennstoffe.

Im Rahmen der regenerativ-basierten Energieversorgung ist der Einsatz von Elektrolyseuren zur Wasserstofferzeugung eine Schlüsselkomponente. Basierend auf den Entwicklungen zur SOFC werden auch Stacks und Systeme für eine Hochtemperatur-Elektrolyse (SOE) entwickelt, charakterisiert und deren Eignung für die Energiespeicherung demonstriert.

Die Zellen-, Stack- und Systementwicklungen werden durch Simulationsrechnungen unterstützt. Das Betriebsverhalten von SOFC und SOEC wird mittels CFD- (engl.: Computational Fluid Dynamics, CFD) und FEM-Simulationsrechungen (Finite Elemente Methode, FEM) auf unterschiedlichen Ebenen analysiert, was für die Weiterentwicklung neuen Input und entscheidende Impulse liefert.

Zusatzinformationen

Ansprechpartner

Prof. Ludger Blum
Telefon: +49 2461 61-6709
Fax: +49 2461 61-6695
E-Mail: l.blum@fz-juelich.de

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