SOC-Degradation 2.0

Elektrolyseure und Brennstoffzellen auf Basis von Festoxid-Elektrolyten (SOEC, Solid Oxide Electrolysis Cell, bzw. SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) erreichen im Vergleich zu alkalischen und PEM-Systemen die höchste Effizienz. Aus diesen Gründen stellt die SOC-Technologie einen vielversprechenden Ansatz zur Erzeugung von Grünem Wasserstoff bzw. für die Erzeugung von Strom und Wärme in Kraft-Wärme-Anlagen dar.

Im Hinblick auf den Einsatz der SOC-Technologie sowohl für die Wasserstofferzeugung wie auch für die Stromerzeugung stellen die Lebensdauer und Robustheit der Brennstoffzellen-Stacks sowie der Systemkomponenten immer noch eine hohe Hürde dar.

Ziel des vorliegenden Verbundvorhabens SOC Degradation 2.0 ist die Schaffung einer experimentellen und wissenschaftlichen Basis für das prädiktive Verständnis der Degradationsphänomene in SOC-Stacks und -Systemen. Die mit aktiver Beteiligung der Industrie definierten Themen umfassen mechanische Aspekte der Zellherstellung inkl. Bestimmung und Degradation mechanischer Eigenschaften, Cr-Rückhaltewirkung der Schutzschichten, Luftkontaminanten und deren Zurückhaltung, Entschwefelung von Erdgas, sowie Diagnose der Stack-Degradationseffekte mittels Impedanzspektroskopie. Als neuer Aspekt wird die verstärkt beobachtete Degradation der Elektroden im Elektrolyse-Betrieb untersucht, die die Brücke für das Verständnis der Alterungseffekte im reversiblen SOC-Betriebsmodus bildet. Im Hinblick auf den Einsatz der SOEC-Technologie in Power-2-X (P2X) Anwendungen wird ebenfalls die Langzeitstabilität von eisenbasierten Fischer-Tropsch-Katalysatoren für die Synthese von höheren Alkoholen untersucht. Die Untersuchungen sollen eine Grundlage für die Erhöhung der Sicherheit der Aussagen zur Lebensdauer kritischer Systemkomponenten (Stacks, Zellen, Reformer-Katalysatoren) liefern und damit den ersten Grundstein für eine wissensbasierte Gewährleistung der SOC-Produkte entlang der gesamten Wertschöpfungskette legen.

Das IKTS trägt mit der mechanischen Charakterisierung keramischer Substrate bei Raumtemperatur und Betriebstemperatur dazu bei Mechanismen der Zell-Degradation aufzuklären, mit dem Ziel Maßnahmen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu entwickeln.

Projektzeitraum: 01.03.2021 bis 29.02.2024