15/07/2014 - Brennstoffbatterien mit festem Rost, eine zu prüfende Alternative

Menéame

Eine Gruppe von Forschern aus der Abteilung für Bergbau und Petrologie der UPV/EHU die Verwendung einer Art von Material, Perovskitas, für die Konstruktion von Brennstoffzellen untersucht hat. Die Brennstoffzellen sind ähnlich wie die Batterien, wobei die wichtigsten verbrauchten Reagenzien Wasserstoff und Sauerstoff sind, die kontinuierlich wieder verbraucht werden müssen.

Diese Art von Energie ist als sauber eingestuft, "in ihrem Energieumwandlungsprozess geben sie keine Treibhausgase aus," so Dr. Karmele Vidal, Forscherin Gruppe IMaCris/MaKrisI "Nach der Erzeugung von Elektrizität entsteht es wie Abfall, Wärme und Wasser."

Dieses Forschungsteam hat an einer bestimmten Art von Brennstoffzellen gearbeitet: Brennstoffzellen für Festoxid o SOFCs (im Folgenden "Hochtemperatur-Betrieb") unter Verwendung von Standardmaterialien Perovskita für die Gestaltung bestimmter Komponenten des Brennstoffstapels, der ein relativ seltenes Erz in der Erdkruste ist, und die Bezeichnung hat sich auf eine allgemeinere Gruppe von Kristallen, die die gleiche Struktur.

Brennstoffzellen für Festoxid

Wie der Name sagt, ist sein Ionenleitelektrolyt in Brennstoffzellen mit Festoxidzellen fest, was gegenüber anderen Zelltypen verschiedene Vorteile hat, wie Karmele Vidal erklärt: "Die Materialien sind relativ billig, ihre Empfindlichkeit gegenüber Kraftstoffunreinheiten ist gering und ihre Effizienz und Leistung ist hoch. Da die Komponenten fest sind, ist ihre Konfiguration viel viel besser, da sie manipuliert werden können." Die Forscherin hebt hervor, dass "bei der Arbeit bei hohen Temperaturen Materialien mit höheren Kosten eingesetzt werden."

"Viele Forschungen deuten darauf hin, dass die Verbesserung des Kontakts zwischen Verbinder und Kathode eine der größten Herausforderungen für die Produktion von SOFC-Batterien ist," so Vidal. Diese Produktion erfordert den Einsatz neuer Werkstoffe, die die Haftfähigkeit zwischen den Bauteilen verbessern, ohne die Zellkapazität zu verringern. Materialien, die als Kontaktschicht zwischen Verbinder und Kathoden verwendet werden, müssen eine hohe elektronische Leitfähigkeit und eine gute chemische und strukturelle Stabilität bei Betriebstemperatur aufweisen (die Batterien arbeiten bei 600-800 oC)

Verwendung von perovskitas-ähnlichen Materialien

Die Forscher haben mit Perovskitas für die Gestaltung bestimmter Komponenten des Brennstoffzellens gearbeitet, wie z. B. Kathoden und Kontaktschicht, "wir haben gesehen, dass die Perovskita-Materialien gute Leiter sind, sowohl elektronische als auch Ionen, die für die Gestaltung der Kontaktschicht bzw. der Kathode geeignet sind," so Vidal.

Vorbereitung eines SOFC-Kalibriersystems nach dem Verbrennungsverfahren (UPV/EHU-Quelle)

So wichtig wie die Art des Materials, das für die Herstellung der Komponenten des Brennstoffzellens verwendet wird, ist "die Art und Weise, es zu synthetisieren. Die Vorbereitungstemperatur und die erforderliche Zeit sind u.a. Variablen, die die Mikrostruktur des Materials beeinflussen, ein Faktor, der die Eigenschaften des Materials stark beeinflusst," erklärt die Forscherin. Unter allen untersuchten Synthesemethoden ist die Verbrennung das am besten resultierende System zur Vorbereitung der Perovskita, das im Wesentlichen eine Reaktion zwischen Nitraten - oxidierend - und Glycerin - brennbar - darstellt. Diese Reaktion verursacht eine Selbstverätzung, bei der die Flamme hohe Temperaturen erreicht und das Material gebildet wird.

Obwohl die wirtschaftliche Rentabilität dieser Geräte derzeit nicht gut ist, gibt es bereits mehrere Prototypen und einige kommerzielle Produkte, die auf diesen Brennstoffzellen basieren.

Ref

A. Morán-Ruiz, K. Vidal, M.A. Laguna-Bercero, A. Larrañaga, M.I. Arriortua. “Effects of using (La0.8Sr0.2)0.95Fe0.6Mn0.3Co0.1O3 (LSFMC), LaNi0.6Fe0.4O3 (LNF) and LaNi0.6Co0.4O3 (LNC) as contact materials on solid oxide fuel cells”. (2014) J. Power Sources, 248 1067-1076.

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UPV/EHU

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