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Institut für Energie- und Klimaforschung

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EU - 7. Rahmenprogramm: SOFC- Life

SOFC-Life

Integrieren von Degradationseffekten im Lebensdauer- Vorhersagemodellen

Ein stabiler Langzeitbetrieb der Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) ist eine grundsätzliche Voraussetzung für den Einstieg dieser Technologie in den stationären Energiemarkt. Limitierende Degradations-Phänomene können in kontinuierliche (baseline) und zufällige (transient) Effekte unterteilt werden. Dieses Projekt zielt auf das vertiefte Verständnis der kontinuierlichen Effekte und die Entwicklung von Modellen, die die einzelne Degradations-Phänomene und deren Kombinationen in Zellen und Zellenstapel (Stacks) vorhersagen.

Dazu werden SOFC Zellen und Stacks in den einzelnen Komponenten und Grenzflächen (finite elements), die als wichtigsten Beitragenden zu den Leistungseinbuße gehalten werden, demontiert. Die ausgewählten Komponenten sind die Elektroden und deren Verbunde mit den Grenzflächen zwischen Zelle und Interkonnektor, insbesondere die Kontaktierung auf der Kathodenseite. Diese einzelnen Elemente und Verbunde werden über längere Zeit (bis zu 3000 Stunden) unter systematisch ausgewählten Bedingungen, die den realen Betrieb der SOFC entsprechen, ausgelagert. Diese Bedingungen umfassen zum Beispiel verschiedene Bereiche für Temperaturen, Brenngaszusammensetzungen, Strom­belastungen, Wasserdampfdrücke und Sauerstoffkonzentrationen. In bestimmten Intervallen wird zwischenzeitlich ein Teil der Proben den Auslagerungsversuch entnommen.

Somit können die zeitlichen Änderungen der wichtigsten physikalischen und chemischen Eigenschaften untersucht werden. Die Ergebnisse ermöglichen eine Quantifizierung der einzelnen Degradationsprozesse auf Materialebene als Funktion der Zeit und Betriebsparameter. Die Änderungen in den Materialeigenschaften werden übertragen in Parameter für die elektrochemischen Gleichungen und integriert zu vorhersagenden Modellen für die Degradationseffekte auf mehr komplexere Ebenen wie Zellen und Stacks.

Das Projekt wird ein vertieftes Verständnis der Degradations-Phänomene als Funktion der involvierten grundlegenden physikalisch-chemische Prozesse, einschließlich deren Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, liefern. Bisher haben Untersuchungen selten erfolgreich eine solche Verbindung zwischen Änderungen der Materialeigenschaften und Leistungseinbuße auf Zellebene erbringen können.

Projektdauer

Januar 2011 bis Dezember 2013

Projektkoordinator


Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung, IEK-9/IEK-PBZ

Projektpartner

Hexis AG, Switzerland
HTCeramix, Switzerland
Topsøe Fuel Cell A/S, Denmark
Commissariat Energie Atomique (CEA), France
Danmarks Tekniske Universitet (DTU), Denmark
Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA), Switzerland
Institute of High Temperature Electrochemistry (IHTE), Russia
Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus (VTT), Finland
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Switzerland
Imperial College of Science, Technology and Medicine (IC), UK
Electricité de France (EDF), France 

Kontakt

Dr. L.G.J. de Haart


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