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Schematischer Betrieb einer SOFC-Brennstoffzelle

EIN Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) ist ein Brennstoffzelle Arbeiten mit einem festen, nicht porösen Oxid (Keramik) wenn Elektrolyt. Es Ionentransport erfolgt mit Oxid-Ionen, die Katalysator für die Ionisierung des Wasserstoffs besteht aus Nickel mit Yttrium-dotiert Zirkonoxid (Yttrium-stabilisiertes Zirkonium).

Eine SOFC hat normalerweise eine Rendite von etwa 60 %. Neuere Studien behaupten auch, dass die SOFC mit Biogas als Kraftstoff verwendet werden kann^[1], dies macht die SOFCs hinsichtlich der Brennstoffwahl sehr flexibel.

Operation

Rohrförmiges Design SOFC

Dieser Brennstoffzellentyp hat einen Hochtemperatur-Betriebsbereich, etwa zwischen 800°C und 1100°C. Dadurch gibt es keine Edelmetallkatalysatoren (wie Platin), was die SOFCs relativ günstig macht. Diese hohe Betriebstemperatur stellt natürlich auch Herausforderungen an Konstruktion und Lebensdauer der Brennstoffzelle. Dies gewährleistet auch eine lange Startzeit der Brennstoffzelle.

Typischerweise wird für SOFCs ein röhrenförmiges Design verwendet^[2].

Die SOFC kann beides Wasserstoffgas wenn Kohlenmonoxid wenn Biogas als Brennstoff verwenden. Es wandelt chemische Energie in elektrische Energie um, indem es Sauerstoffionen aus dem Anode zum Kathode. Bei der Verwendung von Wasserstoffgas als Brennstoff entsteht an der Anode (aufgrund der hohen Betriebstemperatur) Dampf.

Reaktion an der Anode: ${displaystyle 2H_{2} 2O^{2-}longrightarrow 2H_{2}O 4e^{-}}$

Reaktion an der Kathode: ${displaystyle O_{2} 4.^{-}longrightarrow 2O^{2-}}$

Beim Einsatz von Kohlenmonoxid als Brennstoff entsteht als Nebenprodukt Kohlendioxid.

Reaktion an der Anode: ${displaystyle 2CO 2O^{2-}longrightarrow 2CO_{2} 4e^{-}}$

Reaktion an der Kathode: ${displaystyle O_{2} 4.^{-}longrightarrow 2O^{2-}}$

Als Anode verwendet man normalerweise a Zirkonia (cermet). Normalerweise wählt man Nickel als metallisches Bauteil, da es gut leitfähig und chemisch stabil ist. Die Anode ist porös, damit der Stofftransport von Edukten und Reaktionsprodukten nicht gestört wird.

Wie die Anode ist auch die Kathode ein poröses Material, so dass ein Stofftransport gewährleistet ist. Dafür wird es normalerweise verwendet Lanthan-Strontium-Manganat, Lac_1-xsr_XMnO₃ wobei x für den Dotierungsgrad steht. Bei SOFCs beträgt die Dotierungsrate normalerweise 0,16.

Anwendungen

Trotz der hohen Temperatur, die für den Betrieb einer SOFC erforderlich ist, werden sie zunehmend verwendet. Sie werden auch in Haushalten verwendet. Durch den Anschluss der SOFC an das Gasnetz kann das Haus oder Mehrfamilienhaus eigenen Strom produzieren.

SOFCs können auch reversibel verwendet werden. Sie können H₂ aus Wasser herstellen.

EIN Festoxid-Elektrolysezelle (SOEC) ist eine Festoxid-Brennstoffzelle im regenerativen Modus für die Elektrolyse von Wasser mit einem festen Oxid oder Keramik Elektrolyt zur Herstellung von Wasserstoffgas.^[3]

Der finnische Motorenhersteller Wartsila entwickelt eine SOFC-Brennstoffzelle für den maritimen Einsatz.^[4]

Eine SOFC kann auch in einer sogenannten Blockheizkraftwerk-Anwendung (BHKW) eingesetzt werden. In einem solchen System werden gleichzeitig Wärme, Wasserstoff und Strom aus Kohlenwasserstoffen wie Erdgas.

Verweise