Case Study

Elektrodenentwicklung für keramische Brennstoffzellen (SOFC)

Steigerung der Zyklenbeständigkeit um 400%

Kunde

Start-Up in der Heiztechnikbranche, damals Teil eines großen Familienunternehmens

Unsere Leistungen

Projektumsetzung
R&D
Projektmanagement
Siebdruck
SEM/EDX
Elektrochemie

Das Ziel

Am Standort eines Herstellers von Brennstoffzellen-Heizgeräten bestand die dringende Notwendigkeit, die Lebensdauer der keramischen Brennstoffzellen (SOFC) deutlich zu erhöhen, um die Akzeptanz der Technologie beim Endkunden nachhaltig zu steigern.

Als zentrales Problem erwiesen sich sicherheitsbedingte Abschaltungen der Gaszufuhr, die bei Störungen des Heizgeräts auftraten. Infolge dieser Abschaltungen oxidierte der anodenseitige Katalysator der elektrochemischen Reaktion (Nickel), was zu irreversiblen Schäden und einer beschleunigten Alterung der keramischen Brennstoffzelle führte.

Ziel des Projekts war daher die Entwicklung einer Elektrode, die zyklische Oxidations- und Reduktionsprozesse deutlich besser toleriert und so die Lebensdauer der Brennstoffzelle signifikant erhöht.

Nach einigen Grundlagenversuchen wurde entschieden ein völlig neues Elektrodenkonzept zu verfolgen. In einem iterativen Prozess aus Elektrodenherstellung, elektrochemischer Charakterisierung und Post-Mortem Analyse wurde die Elektrode Schrittweise optimiert. Folgende Schritte wurden im Projekt umgesetzt:

Literaturrecherche

Benchmarkversuche

Pastenentwicklung

Siebdruck

elektrochemische Tests

Schadensanalyse (Post-Mortem)

Scale-up

Transfer in Serienproduktion

Eine der größten Herausforderungen bestand darin, Akzeptanz für die neue Elektrodentechnologie zu schaffen. Hierzu war es erforderlich, bestehende Widerstände und Bedenken schrittweise abzubauen und fundiert zu widerlegen.

Das Ergebnis

Durch die entwickelte Elektrodentechnologie konnte die Zyklenbeständigkeit der Brennstoffzelle um über 400 % gesteigert werden – von ursprünglich vier auf mehr als 50 Zyklen. Im kontinuierlichen Betrieb zeigten sich weder Leistungseinbußen noch negative Auswirkungen auf die Lebensdauer.

Als positiver Nebeneffekt konnten die mechanischen Spannungen in der keramischen Brennstoffzelle deutlich reduziert werden. Dies führte zu einer Verringerung des Ausschusses um rund 30 % und resultierte in jährlichen Einsparungen von über 500.000 Euro.

Aufgrund dieser überzeugenden Ergebnisse wurde die neue Elektrode erfolgreich in den Serienbetrieb überführt.