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Weltrekord für Brennstoffzellen

Brennstoffzelle arbeitet seit mehr als acht Jahren

| Redakteur: Marc Platthaus

Festoxid-Brennstoffzellen-Stapel im Testbetrieb am Forschungszentrum Jülich.
Festoxid-Brennstoffzellen-Stapel im Testbetrieb am Forschungszentrum Jülich. (Bild: Forschungszentrum Jülich)

Brennstoffzellen liegen bei Wirkungsgrad und Umweltverträglichkeit an der Spitze alternativer Energiequellen. Vor allem in Sachen Wirtschaftlichkeit herrscht allerdings noch Nachholbedarf. Jülicher Forscher konnten nun in Sachen Langlebigkeit – und damit Kosteneffizienz – eine Schallmauer durchbrechen.

Jülich – Jülicher Forscher haben einen neuen Weltrekord aufgestellt: Ihr Zellstapel mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen läuft mittlerweile seit über acht Jahren oder 70.000 Stunden. Das ist länger als je eine andere Brennstoffzelle mit keramischen Zellen zuvor. Derartige Festoxid-Brennstoffzellen gelten aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads als ideal geeignet, um Haushalte und kleine Betriebe aber auch Großfahrzeuge wie LKWs, Züge und Schiffe mit Energie zu versorgen. Forschungsstaatssekretär Thomas Rachel MdB gratulierte den Jülicher Forschern zum Erreichen der neuen Bestmarke.

„Der Brennstoffzellenweltrekord im Forschungszentrum zeigt: Brennstoffzellen sind eine hoch effiziente und umweltfreundliche Strom- und Wärmequelle. Sie können dazu beitragen, Schwankungen bei den erneuerbaren Energien auszugleichen und stellen so einen wichtigen Baustein zum Gelingen der Energiewende in Deutschland dar“, sagte Thomas Rachel MdB, Parlamentarischer Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Hochtemperatur-Brennstoffzellen liefern höchste elektrische Wirkungsgrade von bis zu 60 Prozent, wobei sich die entstehende Abwärme noch zusätzlich nutzen lässt. Der Langzeittest startete am 6. August 2007 und soll die Haltbarkeit der in Jülich entwickelten Festoxid-Brennstoffzellen demonstrieren. Fünf bis zehn Jahre oder umgerechnet 40.000 bis 80.000 Stunden müssen sie laufen, damit sich der Einsatz wirtschaftlich lohnt. Im Bereich der Strom- und Warmwasserversorgung im Haushalt ist die Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Technologie bereits heute verfügbar, für den Einsatz in Fahrzeugen rechnen Experten noch mit einer Entwicklungsdauer von etwa fünf Jahren.

Hohe Temperaturen stellen Anforderungen an das Material

„Die Betriebstemperatur von 700 Grad Celsius stellt enorme Anforderungen an die verwendeten Materialien. Mit dem Rekord können wir nun erstmals nachweisen, dass die von uns entwickelten Werkstoffe auch in Kombination anwendungsreif und über solch einen langen Zeitraum funktionstüchtig sind, was anfangs kaum jemand für möglich gehalten hatte“, so Harald Bolt, Mitglied des Vorstands des Forschungszentrum Jülich.

Der aus zwei Zellen bestehende Stapel wird mit Wasserstoff als Brenngas betrieben, verträgt aber auch Erdgas oder genauer: Methan. Insgesamt lieferte er seit dem Start des Experiments 3400 Kilowattstunden Strom – genug, um einen Haushalt ein Jahr lang mit Strom zu versorgen. Über die gesamte Laufzeit wies der Stack nur eine sehr geringe Alterung von ca. 0,6 Prozent pro 1000 Betriebsstunden auf, die sich in einer Absenkung der Spannung und dem damit verbundenen Leistungsverlust zeigt. Ein weiterentwickelter Stapel aus dem Jahr 2010 schnitt sogar noch etwas besser ab: er alterte während 34.500 Stunden nur halb so schnell.

Andere Bauart als bisheriger Rekordhalter

Mit dem neuen Rekordwert von über 70.000 Betriebsstunden löst der Jülicher Stack aus dem Jahr 2007 nun den bisherigen Rekordhalter ab: Rohrzellen der Siemens Westinghouse Power Corporation (SWPC), die mehr als 69.000 Stunden in Betrieb waren. Die Jülicher SOFC baut anders als diese nicht auf einer Keramikröhre, sondern auf einer flachen Keramikfläche als Anodensubstrat auf. Aufgrund des geringeren internen Widerstands lassen sich damit höhere Leistungsdichten bei abgesenkten Temperaturen erzielen.

Wissenschaftler des Forschungszentrums arbeiten schon seit 20 Jahren an der SOFC (Solid Oxide Fuel Cell oder Festoxid-Brennstoffzelle), für deren Entwicklung sie bereits 95 Patente erhalten haben. Auch der Rekord-Stapel besteht größtenteils aus selbst entwickelten Komponenten. Dazu zählen etwa die keramischen Zellen, die Kontaktschichten und eine spezielle Glaskeramik, die wegen der hohen Temperaturen zur Abdichtung zum Einsatz kommt. Das Material für die Zwischenplatten, mit denen sich die Zellen zu einem „Stack“ (englisch für „Stapel) zusammensetzen lassen, stammt von der österreichischen Firma Plansee SE in Reutte.

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