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Die Oxidkeramische
Brennstoffzelle - SOFC arbeitet mit Luftsauerstoff und Wasserstoff.
Ihre Betriebstemperatur liegt im Bereich 8001000°C. Die hohe Temperatur
erlaubt eine zellinterne Teilreformierung von Erdgas zu Wasserstoff. Der
Aufwand für die Wasserstofferzeugung sinkt damit erheblich.
Die
SOFC wird nicht nur in Platten- sondern auch in Röhrenform hergestellt.
Kathode, Elektrolyt und Anode sind auf der Innenseite eines Keramikrohres
aufgebracht. Das Brenngas wird durch das Rohr geleitet, der Luftsauerstoff
an der Außenseite. Ihr Einsatzgebiet ist die dezentrale Energieversorgung
mit Leistungen ab 100 kW.
SOFC-Stack im 7er BMW zur Bordstromversorgung
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Festoxid-Brennstoffzellen
sind sowohl für stationäre als auch für mobile Anwendungen geeignet.
Stationäre
Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung werden sowohl für Ein- und Mehrfamilienhäuser
als auch für große Gebäude und gewerbliche oder industrielle Anwendungen
entwickelt.
Die Wärme
kann auf einem hohen Temperaturniveau entnommen und als Prozesswärme genutzt
werden.
Daneben
werden Großkraftwerke auf der Basis der SOFC entwickelt. Hier wird die Abwärme
zur Stromerzeugung in Gasturbinen genutzt. Solche Kraftwerke sollen zukünftig Wirkungsgrade
von 70% erreichen können.
Im
mobilen Bereich werden SOFCs bisher nicht für den Fahrzeugantrieb entwickelt,
sondern als Ersatz für die Fahrzeugbatterie. Der Grund liegt zum einen in der
ständig steigenden Anzahl von elektrischen Verbrauchern im Auto, und zum
anderen in der Möglichkeit, auch bei abgeschaltetem Motor über lange Zeit Strom
zur Verfügung zu haben. Als Betriebsmittel dient Benzin, das vor der
Brennstoffzelle einem technisch einfachen Reformer und einer Entschwefelung
zugeführt werden muß.
Schritt 1
Die
in zwei Kreisläufen getrennten Gase Sauerstoff und Wasserstoff wandern vom
Gasraum in den Katalysator.
Schritt 2
Die Wasserstoffmoleküle (H2) werden durch den Katalysator in zwei H+ Atome
(Protonen) gespalten. Dabei gibt jedes Wasserstoffatom sein Elektron ab.
Schritt 3
Die Elektronen fließen von der Anode zu Kathode und bewirken einen
elektrischen Stromfluß, der einen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt.
Schritt 4
Jeweils vier Elektronen an der Kathode rekombinieren mit einem
Sauerstoffmolekül.
Schritt 5
Die nun entstandenen Sauerstoff-Ionen wandern durch den Elektrolyten
(Yttriumdotiertes Zirkondioxid)) zur Anodenseite.
Schritt 6
Die Sauerstoff-Ionen geben ihre beiden negativen Ladungen an zwei Protonen
ab und oxidieren mit diesen zu Wasser.
