Wissenschaftler forschen an robusten, platinfreien Brennstoffzellen für Lkw

Im neuen Christian Doppler Labor am Forschungszentrum Jülich arbeiten Wissenschaftler an Brennstoffzellen für die Bordstromversorgung von Lkw. Ziel der Forscher ist die Verbesserung der Lebensdauer von metallgestützten Hochtemperatur-Brennstoffzellen (MSC-SOFC), ein Zelltyp, der ohne Platin auskommt.

Mit einer Leistung von einigen Kilowatt benötigen viele Lkw genauso viel Strom wie ein Mehrfamilienhaus. Um Kühlaggregate oder die Standheizung an Bord mit Strom zu versorgen, rotieren die Motoren auf Rastplätzen häufig im Leerlauf, erklären die Jülicher Forscher. Brennstoffzellen-Aggregate, auch APU (Auxiliary Power Unit) genannt, könnten hier beim Energiesparen helfen. Sie arbeiten autark und sind den Wissenschaftlern zufolge deutlich sauberer, leiser und effizienter. Langfristig könnten diese APUs auch im Fahrbetrieb eingesetzt werden, um zusätzliche elektrische Energie für Hybridfunktionalitäten bereitzustellen.

Brennstoffzellen ohne Platin

Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die englische Übersetzung ist Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), mit Festelektrolyt sind den Forschern zufolge für wirtschaftliche Lösungen interessant, unter anderem weil sie ohne teures Platin auskommen.

Mittels eines zwischengeschalteten Reformers können sie handelsüblichen Fahrzeugdieselkraftstoff umsetzen. Vollkeramische Zelltypen sind am weitesten ausgereift, allerdings auch relativ spröde, erläutern die Experten aus Jülich. Metallgestützte Varianten (auf Englisch: Metal Supported Cell - MSC), die die Jülicher Wissenschaftler gemeinsam mit den österreichischen Firmen Plansee und AVL List sowie der TU Wien als wissenschaftlichem Partner entwickeln, sollen den Stößen und Vibrationen am Fahrzeugboden besser standhalten. Zudem sollen sich mit ihnen die Herstellungskosten weiter reduzieren lassen.

Vorzeitige Alterung verhindern

Einen weiteren Haken hat die Sache noch: In dem gegenwärtigen Entwicklungsstand haben MSC-SOFC den Nachteil, dass die Leistung bereits nach einigen Hundert Betriebsstunden deutlich abfällt, wissen die Wissenschaftler. Ursachen für die zu hohe Alterungsrate seien die noch nicht optimale Mikrostruktur der Elektroden, die Wechselwirkung der Elektrodenwerkstoffe mit Verunreinigungen der Betriebsgase sowie Interdiffusions- und Oxidationsvorgänge an den Grenzflächen. Im Christian Doppler Labor wollen die die Forscher diese Mechanismen nun im Detail verstehen und Lösungen erarbeiten, die der vorzeitigen Alterung vorbeugen

Die am Jülicher Forschungszentrum entwickelte, anodengestützte Hochtemperatur-Brennstoffzelle habe sich bereits in einem Langzeitversuch seit nunmehr über 60.000 Stunden bewährt. Die erforderliche Langzeitstabilität für die Bordstromversorgung falle dagegen vergleichsweise kurz aus. Ziel der Forscher ist es, mit der metallgestützten Variante etwa ein Fünftel dieser Laufzeit zu erreichen.

Einrichtung des Christian Doppler Labors in Jülich

"Die Einrichtung eines Christian Doppler Labors an einem deutschen Zentrum ist eine besondere Auszeichnung und setzt neue Impulse für die Jülicher Brennstoffzellenforschung", erklärt Professor Harald Bolt, Mitglied des Vorstands des Forschungszentrums Jülich. Christian Doppler Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Das österreichische Wissenschafts-, Forschungs- und Wirtschaftsministerium fördert das am Mittwoch, 21. Januar 2015, offiziell eingeweihte Christian Doppler Labor für "Grenzflächen in metallgestützten elektrochemischen Energiewandlern" am Forschungszentrum Jülich über eine Gesamtlaufzeit von bis zu sieben Jahren. Kooperationspartner sind zudem die TU Wien sowie die österreichischen Unternehmen Plansee und AVL List. Sie beteiligen sich auch an der Finanzierung des Labors, dessen jährliches Gesamtbudget rund 500.000 Euro beträgt.