Onderzoekers van het Fraunhofer Institut Keramische Technologien und Systems (IKTS) hebben een technologie ontwikkeld die betaalbare brandstofcellen met hoog rendement en lange levensduur mogelijk maakt. Hiermee hebben de onderzoekers de condities voor commerciële toepassing gecreëerd.
De stacks worden gemaakt van dunne keramische platen. Aan het oppervlak hiervan worden de brandstoffen door een elektrochemisch proces direct omgezet in elektrisch vermogen. In vergelijking met de polymeren in lage temperatuur brandstofcellen hebben keramische cellen een duidelijk voordeel. Behalve waterstof, dat soms moeilijk te krijgen is, kunnen ze energie opwekken uit methaan, benzine, diesel, aardgas en biogas.
Het proces is vrij eenvoudig en daarom betaalbaar vanuit het oogpunt van engineering. De stacks in de brandstofcel moeten echter wel bestand zijn tegen grote spanningen, met bedrijfstemperaturen die kunnen oplopen tot 1000 °C. In feite wordt een sterk reducerende atmosfeer gecreëerd aan de kant van het te verbranden gas in de keramische cel, als tegenwicht voor de sterk oxiderende atmosfeer aan de luchtzijde.
Het ontwikkelen van materialen die continu bestand zijn tegen zulke agressieve omgevingen is een uitdaging voor materiaalonderzoekers. Samen met de industriële partners H.C. Starck (een dochter van Bayer) en Webasto ontwikkelt een team van het instituut composietmaterialen uit metaal, keramiek en glas. Deze materialen zijn geschikt voor het bouwen van goedkope robuuste stacks. Hiermee is al een levensduur van 5.000 u gerealiseerd.
Het nieuwe stack-ontwerp moet op korte termijn in serieproductie gaan. Keramische hoge temperatuur brandstofcellen zullen naar verwachting binnenkort massaal worden gebouwd. Ze zijn geschikt als krachtbron in mobiele toepassingen (kampeerauto’s, schepen, vrachtwagens en auto’s) en in stationaire opstellingen voor het opwekken van elektriciteit, verwarming en koeling. In de agrarische industrie kunnen ze worden gebruikt om energie op te wekken uit biogas. In gecombineerd warmte-(of koude-)krachtsystemen kan een rendement van meer dan 90 % worden bereikt, meer dan alternatieve technologieën halen.
