Herstellung

Abb. 1: Beschichtung eines SOFC-Substrates

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Abb. 2: Querschliff einer VPS-beschichteten Zelle mit Substrat

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Abb. 3: Bipolarplattendesign und Substratintegration
Voraussetzung für die Markteinführung der SOFC ist, wie bei anderen Brennstoffzellentypen, eine wesentlich kostengünstigere Herstellung und eine hinreichende Lebensdauer. Außerdem müssen die potentiell hohen Gesamtwirkungsgrade bei der Direktumwandlung von chemischer in elektrische Energie realisiert werden. Das Institut stützt sich bei der Verfolgung dieser Ziele auf plasmaspritztechnische Methoden und Verfahren, insbesondere auf das Vakuumplasmaspritz-Verfahren (VPS). Genauere Informationen zum VPS-Verfahren finden Sie unter Beschichtungstechnologien.
Im Gegensatz zu gesinterten Zellen, bei der eine der drei Funktionsschichten der Zelle auch die mechanische Stabilität der Zelle garantiert, wird dieses beim DLR Verfahren von einem porösen metallischen Trägersubstrat übernommen, auf dem die Zelle in einem Folgebeschichtungsprozess aufgetragen wird. Dadurch ist es möglich, alle drei Schichten (Anode, Elektrolyt und Kathode) sehr dünn auszuführen mit Schichtdicken von jeweils 30-50 µm.

In der Abbildung 2 ist ein typischer Querschliff einer Vakuum-Plasma beschichteten Zelle zu sehen. Die untere Hälfte ist das hochporöse metallische Trägersubtrat, darüber ist der Zellaufbau mit Anode, Elektrolyt und Kathode zu sehen.

Stackdesign

Beim Stackdesign wurde das Bilderrahmenkonzept verwendet. Dabei besteht die Bipolarplatte aus zwei Teilen: das erste enthält die Gasverteilerstruktur und das zweite den Ausschnitt für das Substrat. Die beiden Teile werden verlötet oder verschweißt und ergeben dann eine Platten-Rahmeneinheit. Die Gasführung wurde als Gegenstrom oder Gleichstromkonzept realisiert.
Das metallische Substrat erlaubt eine einfache Integration in die metallische Bipolarplatte. Es wird in die zweiteilige Bioplarplatte eingelötet und eingeschweißt. Damit ist eine gute anodenseitige Kontaktierung sichergestellt. Die dichte Eletrolytschicht wird dann über die Schweißnaht hinaus beschichtet. Dadurch sind Anoden- und Kathodengasraum ohne problembehaftete Dichtungen voneinander getrennt.

Systemanalyse