Einführung in die Hochtemperaturbrennstoffzelle (SOFC)
Brennstoffzellen sind Apparate, welche die chemische Energie eines Brennstoffes (Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe) mit dem Luftsauerstoff ohne mechanischen Zwischenschritt direkt in elektrische Energie umsetzen. Durch die zusätzlich produzierte und nutzbare Wärme lassen sich so sehr hohe Wirkungsgarde erzielen, die höher sind als bei konventionellen Stromproduktionsmethoden.Eine Brennstoffzelle besteht aus den drei Funktionsschichten Anode, Elektrolyt und Kathode. Bei der SOFC bestehen diese Schichten aus Keramik. Die am meisten verwendeten Materialien sind eine Anode aus Nickel und Yttrium stabilisiertem Zirkonoxid, ein Elektrolyt aus Yttrium stabilisiertem Zirkonoxid und eine Kathode aus Lanthan-Strontium-Manganit.
Der Brennstoffzelleneffekt wurde im Jahre 1838 von den Physiker Carl Friedrich Schönbein entdeckt und beschrieben. Sein Freund William R. Grove baute im Jahre 1839 die erste Brennstoffzelle und schließlich auch einen Stack. Er experimentierte zu dieser Zeit mit der Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff und stellte fest, dass sich dieser Prozess auch umkehren ließ. Schon bald stellte er eine "galvanische Gasbatterie" vor, die durch sogenannte kalte Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff Strom erzeugen konnte. Dabei wurde ein Wirkungsgrad von knapp 100% erreicht. Diese erste Brennstoffzelle bestand aus zwei Platinelektroden, die in Schwefelsäure getaucht wurden. Um diese wurden Wasserstoff und Sauerstoff gespült.Die Entwicklung keramischer Brennstoffzellen begann mit der Entdeckung des Festelektrolyten durch Nernst im Jahre 1899. Er verwendete Yttrium stabilisiertes Zirkonoxid für seine Nernst-Lampe. Im Jahre 1937 demonstrierten Baur und Preis die erste SOFC bei einer Temperatur von 1000 °C.