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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Festoxid Brennstoff- und Elektrolysezellen


Team Festoxid-Brennstoff- und Elektrolysezellen

Die Abteilung Festoxid-Brennstoff- und Elektrolysezellen (SOFC und SOEC) konzentriert sich auf die Materialentwicklung und Herstellungsverfahren für Festoxid-Brennstoff- und Elektrolysezellen, hauptsächlich auf Basis keramischer Pulververarbeitung. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung neuer Materialien und der Optimierung der Mikrostruktur von Funktionsbauteilen.

Verschiedene Baugrößen SOFCsAbb. 1: Verschiedene Baugrößen von anodengestützten SOFCs

Teil des zukünftigen Energiesystems sein
Am IEK-1 konzentriert sich die SOC-Forschung auf Zellen, Kontaktschichten und Interkonnektor-Schutzschichten. Die Forschung und Entwicklung beginnt mit der Synthese geeigneter Materialien oder dem Zukauf kommerziell verfügbarer Pulver und deren Konditionierung: von den Rohstoffen und Zwischenprodukten (Schlicker, Pasten, Suspensionen) über Schichten, Komponenten und Bauteile bis hin zur Aufskalierung hinsichtlich Bauteilgröße, Homogenität und Reproduzierbarkeit für den Einsatz in einer Pilotanlage. Für die Herstellungsprozesse werden meist pulverbasierte Verfahren aus der Metall- und Keramikpulververarbeitung eingesetzt, wie Pressen, Foliengießen, Siebdruck oder Nasspulverspritzen. Sind bestimmte Eigenschaften für Funktionsschichten gefordert, können auch Dünnschichtverfahren (PVD, Sputtern), Precursor-basierte Verfahren wie Sol-Gel-Prozesse (Schleuder- oder Tauchbeschichten, Tintenstrahl-Druck) und thermische Spritztechniken zum Einsatz kommen. Untersuchungen zur Degradation von SOCs und intensive Post-Test-Analysen von Brennstoffzellenstapeln runden das Forschungsportfolio ab.

Aufsicht auf anodengestützte SOFCAufsicht auf anodengestützte SOFCs im Jülicher F10 Design Stack (Stackbau ZEA-1) - Links: Kathodenseite, Rechts: Anodenseite

Einfachen Zugang zu Energie für alle ermöglichen
Neben unserer langjährigen Expertise in der sauerstoffionenleitenden SOFC-Forschung arbeiten wir an Hochtemperatur-Elektrolyseuren zur Erzeugung von Wasserstoff in der Dampfelektrolyse oder Synthesegas in der Co-Elektrolyse sowie an protonenleitenden Brennstoff- und Elektroysezellen (PCFC, PCEC). Die Schwerpunkte liegen auf der Entwicklung angepasster Elektroden für Zellen, deren Charakterisierung und die Post-Test-Analyse von Zellen aus betriebenen Stacks.

Mikrofoliengießen und SiebdruckRechts: Siebdruck von SOFC Elektrolyt; Links: Mikrofoliengießen von SOFC Elektrolyt


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