Das Projekt "Development of ceramic oxide fuel cell (SOFC) for power" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Objective: Design concept and development of a large surfaced sofc consisting of a yttria stabilized zirconia electrolyte with electrodes on both sides and a corrugated structured bipolar plate. Because of using a metallic bipolar plate (which has to ensure besides the cells connection also the transport and distribution of gases) the cell operating temperature should be 900-950 celsius degree. The electrode material will also be suited to this temperature range. General information: within the contract en3e-0180-uk managed by imperial college and entitled 'fabrication and evaluation of small (100w) sofc reactors', sofc stocks will be built up and tested. The main differences (cell construction operating temperature, material of bipolar plate, test conditions) between the Siemens and the IC. Contracts are well defined. This work programme includes the development of a new corrugated structured sofc from the concept up to the test of one single or several cells. Main points are the preparation of thin, solid and mechanic stable electrolyte foils, the optimization of electrodes with respect to conductivity and pore structure (adaptation to the relative low temperature range of 900 - 950 celsius degrees) and the development of a bipolar plate, which ensures the mechanical stability of the electrolyte and the gas distribution. A wide-spread technical knowledge in the field of electro ceramics, bonding technique and electrochemics is available at Siemens. In addition all essential equipment and tools for preparation of defined porous structures etc. And for the analysis and characterization of materials are existing. Achievements: Siemens is proposing a new planar concept with metal separator plate for the ceramic oxide fuel cell (SOFC) reactor. Main goal of the preparation phase was the development of single SOFC cells with internationally comparable power data. The development of the ceramic compounds and the metal separator plate for the planar Siemens SOFC concept can be summarized as follows: manufacture of electrolyte bulk material by the mixed oxide process as well as from chemically prepared YSZ materials (FSZ and PSZ); physicochemical characterization of these electrolyte specimens; sintering studies with various tape casted electrolyte materials; development of a sintering process for a flat plate electrolyte with dimensions 100 x 100 x 0.15 mm(3); manufacture of cathode bulk material in the system La(1-u)Sr(u)Mn(1-x)Co(x)Mn03 by the mixed oxide process; physicochemical characterization of these cathode specimens; manufacture of anode bulk material of 10 to 100 per cent nickel content by the mixed oxide process; physicochemical characterization of these anode specimens; development of a screen printing technique for electrodes; manufacture of ceramic trilayers by tape casting screen printing; design and construction of a bench cell testing facility; bench cell testing of ceramic trilayers with various anode compositions; selection of ...
Das Projekt "Entwicklung einer Mehrschichtanode fuer die SOFC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik durchgeführt. Hochtemperaturbrennstoffzellen mit keramischem Festelektrolyt (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und ihrer Umweltvertraeglichkeit eine zukunftsweisende Alternative gegenueber konventioneller Energieerzeugung. Die Leistungsfaehigkeit und Lebensdauer der Einzelzellen sind dabei entscheidende Kriterien fuer die wirtschaftliche Nutzung von Brennstoffzellen. Bisherige Untersuchungen haben ergeben, dass es bei Langzeitbetrieb zu irreversiblen Veraenderungen in der Mikrostruktur der Anode kommt, die zu einer Senkung der Leistungsfaehigkeit fuehren. Je nach Belastung der Einzelzellen treten unterschiedliche Degradationsmechanismen auf. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer Anode, die aus mehreren Funktionsschichten besteht, um so die noetige Leistungsfaehigkeit und Langzeitstabilitaet zu liefern. Es soll ein Gradient in der Korngroesse, dem Nickelanteil und somit der Porositaet und der elektrischen Leitfaehigkeit erreicht werden, da die einzelnen Bereiche der Anodenstruktur unterschiedlichen Anforderungen genuegen muessen. So sind an der Grenzschicht Elektrolyt/Anode kleine Koerner erwuenscht, um eine moeglichst grosse Reaktionsflaeche zu erhalten. Wohingegen an der Grenzflaeche Anode/Interkonnektor ein hoher Anteil an grossen Nickelkoernern erforderlich ist, um einen guten elektrischen Kontakt und hohe Porositaet zu gewaehrleisten. Die optimale Zusammensetzung und Mikrostruktur der einzelnen Funktionsschichten soll durch systematische Belastungstests (elektrisch, chemisch, thermomechanisch) an verschiedenen homogenen Modellstrukturen, das sind Cermetproben aus Nickel- und YSZ-Teilchen mit definierter, homogener Zusammensetzung und Mikrostruktur, und durch die elektrochemische Charakterisierung von Einzelzellen mit entsprechenden homogenen Anodenstrukturen ermittelt werden. Vor und nach Durchfuehrung der Belastungstests ist eine umfassende Analyse der Zusammensetzung und Mikrostruktur der Modell- und Anodenstrukturen mittels Elektronenmikroskopie (REM, TEM, EDX, WDX) vorgesehen. Anhand der gewonnenen Ergebnisse soll ein Modell fuer die verschiedenen Verlust- und Degradationsmechanismen in der Anode entwickelt werden.
Das Projekt "Erprobung und Weiterentwicklung einer Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) fuer den Einsatz im haushaltlichen Bereich" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Thyssengas GmbH durchgeführt. In Zusammenarbeit mit dem Hersteller (Firma Sulzer Hexis, Winterthur) wird die SOFC-Brennstoffzelle in einem dreijaehrigen Feldtest erprobt und weiterentwickelt. Besondere Untersuchungsschwerpunkte sind die Leistungsabgabe, Anfahr- und Abfahrverhalten, Lastwechsel, Wirkungsgrade, Emissionen, Zuverlaessigkeit sowie Betriebs- und Wartungskosten. Das Komplettsystem besteht aus einer Brennstoffzelle mit 1 kw elektrischer und 2 kw thermischer Leistung sowie einer nachgeschalteten Gastherme mit 16 kw thermischer Leistung und einem Warmwasserspeicher.
Das Projekt "Industrielle Anwendungsgebiete fuer die Nutzung der Abwaerme von Hochtemperaturbrennstoffzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bremerhaven, Studiengang Verfahrenstechnik durchgeführt. Die Entwicklung der Brennstoffzelle ist ein aeusserst innovatives Forschungsgebiet mit grosser Relevanz fuer die schadstoffarme und energieeffiziente Erzeugung von elektrischem Strom. Gegenstand des geplanten Vorhabens ist die Suche nach industriellen Prozessen, die die beim Einsatz der Hochtemperatur-Brennstoffzelle SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) entstehende Abwaerme - als Substitut hochwertiger, sonst auf konventionellem Wege erzeugter Prozesswaerme - direkt mit der vorhandenen hohen Betriebstemperatur nutzen koennen. Angestrebt wird ein hoher exergetischer Wirkungsgrad (ueber 80 Prozent) bei Temperaturen im Bereich von 600-850 Grad Celsius. Ein neues industrielles Anwendungsgebiet der Brennstoffzelle unter effizienter Abwaermenutzung waere z.B. das Brennen keramischer Erzeugnisse wie Fliesen und Bausteine. Am Anfang der Untersuchung steht eine umfangreiche Literatur- und Datenbankrecherche. Es folgt die Aufstellung von Energie- und Massenbilanzen, um aus verschiedenen Schaltungsvarianten diejenige mit dem maximalen Gesamtwirkungsgrad bei hoechster Betriebssicherheit zu ermitteln. In Detailuntersuchungen potentiell geeigneter industrieller Prozesse zur direkten Abwaermenutzung von SOFC-Brennstoffzellen werden die Untersuchungskriterien unter technischen und oekonomischen Aspekten bestimmt. Den Abschluss des Vorhabens bildet ein Workshop zur Beurteilung des Standes der Technik. Das Forschungsprojekt soll die Voraussetzungen fuer ein in Kooperation mit einem Industriepartner durchzufuehrendes Anschlussvorhaben schaffen.
Das Projekt "DFG-Schwerpunktprogramm Brennstoffzellen, Verbundstruktur Duennschichtelektrolyt/Kathode" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik durchgeführt. Hochtemperatur-Festelektrolyt-Brennstoffzellen SOFC (solid oxide fuel cell) sind eine zukunftsweisende Technologie fuer eine umweltfreundliche und wirtschaftliche Energieversorgung. Ziel des von 5 Instituten gemeinsam beantragten Projekts ist die Entwicklung alternativer Kathodenwerkstoffe und neuartiger Technologieschritte zur Herstellung von Verbundstrukturen Duennschicht-Elektrolyt/Kathode, um die Betriebstemperatur der SOFC auf 600-800 Grad Celsius (SOFC fuer Kraftwerksanwendungen) oder sogar darunter (SOFC fuer mobile Anwendungen) absenken zu koennen, ohne dabei Einbussen hinsichtlich Wirkungsgrad und Energiedichte hinnehmen zu muessen. Entwickelt wird eine planare Verbundstruktur Duennschicht-Elektrolyt/Kathode, die im Schichtaufbau dem Roehrenkonzept von Westinghouse entspricht, dessen Machbarkeit und Langzeitstabilitaet in zahlreichen Versuchen nachgewiesen wurde. Aus einem katalytisch aktiven Kathodenmaterial, welches innerhalb des Projekts entwickelt wird, soll ein Kathodensubstrat hergestellt werden, auf welches ein Duennschicht-Elektrolyt (YSZ bzw. LSGM) mittels verschiedener Abscheideverfahren (MOD, MOCVD) aufgebracht werden soll. Die hergestellten Einzelzellen sollen elektrisch charakterisiert werden, sowie deren Mikrostruktur analysiert werden. Die Interdiffusion zwischen Elektrolyt und Elektroden soll ebenfalls untersucht werden. Stofftransportphaenomenen im Kathodensubstrat sollen modelliert werden.