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13.09.2021 | Keramik + Glas | Nachricht | Onlineartikel

Brennstoffzellen in Masse produzieren

Autor:
Leyla Buchholz
2 Min. Lesedauer

Der steigende Bedarf an Brennstoff- und Elektrolysezellen ist mit den aktuell verfügbaren Öfen nicht zu bewältigen. Für eine kosteneffiziente Massenproduktion werden kontinuierliche Produktionsöfen gebraucht, die eine hohe Produktqualität und zuverlässige Prozesssicherheit bei großen Stückzahlen liefern.

Laut der Studie „Hydrogen Insights 2021“ des Hydrogen Council planen Unternehmen bis 2025 eine sechsfache Erhöhung und bis 2030 eine 16-fache Erhöhung ihrer Wasserstoffinvestitionen. Für die steigende Nachfrage nach Elektrolysekapazitäten und Brennstoffzellen sollen vor allem größere Fertigungskapazitäten aufgebaut werden. Die Massenproduktion von oxidkeramischen Brennstoffzellen (SOFC) und Elektrolysezellen (SOE) ist mit einfachen Kammeröfen und wenigen Kubikmetern Nutzraum nicht umsetzbar.

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01.07.2021 | Inhalt | Ausgabe 3/2021

Effiziente Massenproduktion von Brennstoffzellen

Der steigende Bedarf an Brennstoff- und Elektrolysezellen ist mit den aktuell verfügbaren Öfen nicht zu bewältigen. Für eine kosteneffiziente Massenproduktion werden kontinuierliche Produktionsöfen gebraucht, die eine hohe Produktqualität und zuverlässige Prozesssicherheit bei großen Stückzahlen liefern.

Sie führt bei steigenden Produktionszahlen zu höheren Ausschussquoten, längeren Verarbeitungszeiten und einem im Verhältnis zum Durchsatz hohen Energieverbrauch. Eines der Kernprobleme ist die zu geringe Temperaturgleichmäßigkeit innerhalb einer Charge, was sowohl die Zellgeometrie als auch die Binder-/Gasentfernung und damit die Produktqualität wesentlich beeinträchtigt. Onejoon hat jetzt erstmals eine Lösung für die kosteneffiziente Massenproduktion von SOFC-Zellen entwickelt. Der Spezialist für technologisch anspruchsvolle Ofentechnik, damals noch Eisenmann Thermal Solutions, hat im Herbst 2019 mit der Weiterentwicklung von kontinuierlichen Produktionsöfen für die besonderen Erfordernisse von oxidkeramischen Brennstoff- und Elektrolysezellen begonnen und diese im ersten Quartal 2021 abgeschlossen. Dabei wurden die Schritte vom Labor- zum Kleinserienmaßstab und schließlich zum Großserienprozess erfolgreich umgesetzt.

Vorteile für die Massenproduktion

Kontinuierliche Produktionsöfen haben bei der Umstellung von SOFC-/SOE-Produkten auf die Massenproduktion deutliche Vorteile: Das Produkt wird durch eine gleichmäßig beheizte und vollständig durchwärmte Ofenzone transportiert, was zu einer besseren Wärmeübertragung und Temperaturgleichmäßigkeit innerhalb der Produktcharge führt. Die erzwungene Konvektion sorgt dabei für eine vollständige Binder- und Gasentfernung aus den Zellen und verhindert, dass sich Kohlenstoffablagerungen bilden. Neben dem alternativen Heizkonzept werden kleinere Regelzonen gebildet. Sie ermöglichen eine bessere Einstellung und Überwachung der Prozessparameter. So sind auch bei chargenbedingten Materialschwankungen oder beim Hochfahren des Prozesses schnellere Anpassungen möglich. Außerdem können unterschiedliche Temperaturprofile für verschiedene Produkte genutzt werden. Durch einstellbare Ab- und Zuluftöffnungen innerhalb jeder Zone lässt sich die Konzentration entzündlicher Gase besser überwachen und beherrschen. Zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur ist weniger Energie notwendig als bei einem diskontinuierlichen Ofen. Die Wand- und Aufheizverluste sind reduziert, Querschnitt und Luftumwälzung optimiert und die zur Entbinderung eingesetzte heiße Luft wird rezirkuliert. Im Vergleich zu konventionellen kontinuierlichen Sinteröfen wird durch eine optimierte Konstruktion der Strahlungsverlust reduziert und bei der Sinterung bis zu 40 % der Energie eingespart.

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