Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEC)

Eine der aussichtsreichsten Technologien zur Erzeugung aber auch Nutzung von Wasserstoff ist die Festoxidzelle (SOC). Die keramische Hochtemperatur Festoxidzelle (Solid Oxide Cell, SOC) kann sowohl im Elektrolyse- (Solid Oxide Electrolyzer Cell, SOEC), im Brennstoffzellenmodus (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), als auch im reversiblen Betrieb (rSOC) betrieben werden. Anforderungen, die sich aus der zunehmenden Bedeutung erneuerbarer Energien ergeben, begünstigen die Integration von bi-funktionellen Reaktoren, die abwechselnd im Elektrolyse- und Brennstoffzellenmodus arbeiten und somit thermische Zyklen oder Betriebsunterbrechungen beim Umschalten vermeiden können. Die Vorteile von bi-funktionalen Systemen sind eine höhere Auslastung und niedrigere Investitionskosten gegenüber konventionellen Systemen. Darüber hinaus zeichnet sich der Brennstoffzellenbetrieb durch eine große Variabilität an wasserstoffhaltigen Brennstoffen, sowie durch eine vergleichsweise hohe Robustheit gegenüber Verunreinigungen im Brenngas aus. Basierend auf der existierenden SOC-Technologie sollen zuverlässige und effiziente bi-funktionale SOC-Zellen und Zellstapel hinsichtlich Performanz und Alterung im reversiblen Betrieb untersucht und weiterentwickelt werden.

Das Forschungszentrum Jülich verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von SOCs, die das gesamte Spektrum von Rohstoffen bis hin zu kompletten Systemen abdecken. Interdisziplinäre Teams arbeiten seit Jahren gemeinsam an der Erforschung und Entwicklung neuer Materialien, Prozesse, Testmethoden, Stacks und Systeme.

Eines der größten Herausforderungen für den Erfolg der SOC ist ein robustes Fügematerial, um die keramische Zelle in den Stack zu integrieren. Das ZEA-1 ist spezialisiert auf die Entwicklung von Glas-keramischen Fügematerialien maßgeschneidert auf die individuellen Fügepartner (Keramik/Stahl). Die vorhandene Infrastruktur ermöglicht es innovative Kompositionen zu schmelzen und anwendungsnah zu charakterisieren.

Darüber hinaus ist die Entwicklung leistungsstarker sowie kostengünstige und serienfertigungsgeeigneter Stackdesigns ein substantieller Beitrag des ZEA-1.