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Thyssen1Fachartikel

Mit "Crofer 22 H" haben Thyssen Krupp VDM und das Forschungszentrum Jülich einen verbesserten Hochleistungswerkstoff für Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC), Solid Oxide Fuel Cell entwickelt. Mit Hilfe des neuen Werkstoffs können so genannte Leichtbaustacks, also ein Block aus mehreren Brennstoffzellen, beispielsweise für den Einsatz in Fahrzeugen gefertigt werden.



Thyssen2„Bei der Entwicklung des Crofer 22 H ging es insbesondere darum, die Herstellung im großtechnischen Prozess darzustellen“, betont Dr. Jutta Klöwer, Leiter Forschung und Entwicklung bei Thyssen Krupp VDM. „Damit steht jetzt eine kostengünstigere Legierung mit verbesserten Eigenschaften gegenüber Stahl für Interkonnektoren-Platten zur Verfügung.“ Das gelte sowohl für den Bereich der großindustriellen Energieversorgung wie für kleine, dezentrale Einheiten im Haushalt als auch für die Energieversorgung von automotiven Anwendungen.

Saubere Energie für Strom und Wärme

Die Festoxid- oder Hochtemperatur-Brennstoffzelle liefert saubere Energie in Form von Wärme und Strom bei hohen Wirkungsgraden und ist daher eine Energiequelle der Zukunft. Bei dieser Art der Brennstoffzellen-Technologie wird aus Kraftstoffen wie Diesel, Benzin oder Methanol bei Temperaturen bis 900 °C das benötigte wasserstoffreiche Gas gewonnen. Die Bedingungen in der Brennstoffzelle erfordern besondere Werkstoffe: Der Crofer 22 H ist speziell für Hochtemperatur-Brennstoffzellen entwickelt worden. Er enthält zwischen 20 und 24 % Chrom sowie weitere Legierungsmittel wie Wolfram, Niob, Titan und Lanthan. Der neue Werkstoff zeichnet sich durch hohe Korrosions-Beständigkeit, gute elektrische Leitfähigkeit der Oxid-Schicht und eine hohe mechanische Festigkeit bei Anwendungstemperatur aus. Zusätzlich lässt er sich gut verarbeiten. Die Eigenschaften des Crofer 22 H wurden im Rahmen des Forschungsprogramms „Zeus III“ optimiert.

Eigenschaften von Crofer 22 H

Thyssen3In der Brennstoffzelle wird der Hochleistungswerkstoff in den so genannten Interkonnektoren verwendet. Diese Stahl-Zwischenplatten verbinden die einzelnen Zellen zu einem leistungsfähigen Brennstoffzellen-„Stapel“. Das Bauteil muss innerhalb der Brennstoffzelle elektrisch leitend, korrosionsfest, mechanisch stabil und belastbar sein, leicht zu verarbeiten und keine negativen Auswirkungen auf die Zelle haben. Crofer 22 H erfüllt all diese sehr spezifischen Anforderungen. Ein weiterer Vorteil sind die Ausdehnungswerte unter Einfluss von Wärme, die denen der Keramik entsprechen, die für die Zellen verwendet wird. So kommt es zwischen beiden Materialien nicht zu mechanischen Spannungen, die die Keramik beschädigen könnten. „Durch die Herstellung des Materials in industriellem Maßstab kann die Fertigung der Brennstoffzellen günstig gestaltet werden. Am Ende geht es nicht zuletzt um die Reduktion der Systemkosten“, erläutert Dr. Robert Steinberger-Wilckens vom Forschungszentrum Jülich. „Da wir beim Crofer 22 H auf die Erschmelzung im Vakuuminduktionsofen verzichten konnten, ließen sich die Fertigungskosten signifikant reduzieren“, betont Dr. Klöwer. Neben Crofer 22 H spielen Hochtemperatur-Nickellegierungen in anderen SOFC-Baugruppen wie Wärmetauscher und Reformer eine Rolle.

Die Brennstoffzelle kann als „Auxiliary Power Unit“, also als An-Bord-Stromversorgungsaggregat, mobil in Autos, Lkw, Flugzeugen oder auf Schiffen in vielfältigen Anwendungen stationär für die Gebäudeenergieversorgung oder in kleinen und großen Blockheizkraftwerken verwendet werden. Ihr Einsatz eröffnet eine effizientere Wärme- und Stromgewinnung für Privathaushalte wie für Fahrzeuge.


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