Jülicher Forscher haben einen neuen Weltrekord aufgestellt: Ihr Zellstapel mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen läuft mittlerweile seit über acht Jahren oder 70.000 Stunden. Das ist nach, Angaben des Forschungszentrums Jülich, länger als je eine andere Brennstoffzelle mit keramischen Zellen zuvor. Derartige Festoxid-Brennstoffzellen sollen aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads geeignet sein, Haushalte und kleine Betriebe aber auch Großfahrzeuge wie Lkw, Züge und Schiffe mit Energie zu versorgen.
Mit dem neuen Rekordwert von über 70.000 Betriebsstunden löst der Jülicher Zellstapel, auch Stack genannt, aus dem Jahr 2007 nun den bisherigen Rekordhalter ab: Rohrzellen der Siemens Westinghouse Power Corporation (SWPC), die mehr als 69.000 Stunden in Betrieb waren. Die Jülicher SOFC (Solid Oxide Fuel Cells oder Festoxid-Brennstoffzellen) baut anders als diese nicht auf einer Keramikröhre, sondern auf einer flachen Keramikfläche als Anodensubstrat auf. Aufgrund des geringeren internen Widerstands lassen sich damit höhere Leistungsdichten bei abgesenkten Temperaturen erzielen.
Hochtemperatur-Brennstoffzellen liefern höchste elektrische Wirkungsgrade von bis zu 60 Prozent, wobei sich die entstehende Abwärme noch zusätzlich nutzen lässt. Der Langzeittest startete am 6. August 2007 und soll die Haltbarkeit der in Jülich entwickelten Festoxid-Brennstoffzellen demonstrieren. Fünf bis zehn Jahre oder umgerechnet 40.000 bis 80.000 Stunden müssen sie laufen, damit sich der Einsatz wirtschaftlich lohnt. Im Bereich der Strom- und Warmwasserversorgung im Haushalt ist die Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Technologie bereits heute verfügbar, für den Einsatz in Fahrzeugen rechnen Experten noch mit einer Entwicklungsdauer von etwa fünf Jahren. „Die Betriebstemperatur von 700 Grad Celsius stellt enorme Anforderungen an die verwendeten Materialien. Mit dem Rekord können wir nun erstmals nachweisen, dass die von uns entwickelten Werkstoffe auch in Kombination anwendungsreif und über solch einen langen Zeitraum funktionstüchtig sind, was anfangs kaum jemand für möglich gehalten hatte“, sagt Harald Bolt, Mitglied des Vorstands des Forschungszentrum Jülich.
Der aus zwei Zellen bestehende Stapel wird mit Wasserstoff als Brenngas betrieben, verträgt aber auch Erdgas oder genauer: Methan. Insgesamt lieferte er seit dem Start des Experiments 3400 Kilowattstunden Strom – genug, um einen Haushalt ein Jahr lang mit Strom zu versorgen. Über die gesamte Laufzeit wies der Stack eine Alterung von zirka 0,6 Prozent pro 1000 Betriebsstunden auf, die sich in einer Absenkung der Spannung und dem damit verbundenen Leistungsverlust zeigt. Ein weiterentwickelter Stapel aus dem Jahr 2010 schnitt den Forschern zufolge etwas besser ab: Er alterte während 34.500 Stunden nur halb so schnell.
