Entwicklung eines Schutzschichtsystems für metallische Interkonnektoren in oxid-keramischen Brennstoffzellen zur Vermeidung der Kathodenvergiftung

Brennstoffzellen sind auf Grund des weltweit steigenden Energiebedarfs wieder aktuell geworden. Der Vorteil dieser Art von Energieerzeugung liegt in der direkten Umwandlung der chemischen Energie des Brennstoffes in elektrische Energie und Wärme. Unter den verschiedenen Brennstoffzellentypen tritt besonders die oxidkeramische Hochtemperatur-Brennstoffzelle SOFC mit Festelektrolyt in den Vordergrund. Aufgrund ihrer Verträglichkeit gegenüber Kohlenmonoxid und der Möglichkeit Erdgas direkt zu reformieren, besitzt die SOFC deutliche Vorteile im Vergleich zu anderen Typen.

Der Einsatz Chrom-haltiger Stähle als Material für Interkonnektoren führt auf der Kathoden-Seite auf Grund des Abdampfens von flüchtigen Chromverbindungen in H₂O-haltigen Atmosphären zu einer „Vergiftung“ der Kathode und damit einer Verringerung der elektrischen Leistung der Zelle. Neu entwickelte Werkstoffe (z.B. Crofer22APU) bilden anstatt einer Cr₂O₃-Deckschicht ein Cr-Mn-Spinell, welcher das Abdampfen zwar vermindern kann, aber bei langen Standzeiten doch zu der „Vergiftung“ führt. Neue Untersuchungen zeigen, dass ein Co-Mn-Spinell auf der Oberfläche das Abdampfen des Chrom-Oxid-Hydroxids verhindern kann und die nötigen Anforderungen an die elektrische Leitfähigkeit der oxidischen Deckschicht erfüllt.

Im Projekt soll die effiziente Beschichtung verschiedener Cr-haltiger Stähle untersucht werden. Als Beschichtungsmethode wird das Pulverpackverfahren gewählt, da es industriell einfach umzusetzen, kostengünstig und für verschiedenste Geometrien geeignet ist. Die hergestellten Schichten werden hinsichtlich ihrer Oxidationseigenschaften, mechanischen und elektrischen Eigenschaften untersucht.

Das Ziel ist eine industriell einfach umsetzbare Diffusionsbeschichtung zur Anreicherung von Co und Mn in der Werkstoffrandzone Cr-haltiger Stähle.

Das IGF-Vorhaben Nr. 17872 N der Forschungsvereinigung DECHEMA e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.