ThyssenKrupp VDM heeft in samenwerking met het onderzoekscentrum Jülich een verbeterd high-performance materiaal voor vaste oxide brandstofcellen (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), de Crofer 22 H, ontwikkeld. Na een meerjarig project, waarbij andere industriële partners waren betrokken, is de Crofer 22 H klaar voor invoering op de markt. Met behulp van dit nieuwe materiaal is het mogelijk om zogenaamde lichtgewicht stacks te produceren voor de toepassing in voertuigen.
“Bij de ontwikkeling van de Crofer 22 H ging het er vooral om, de productie gestalte te geven in een groot technisch proces”, benadrukt dr. Jutta Klöwer, afdelingsleider bij Forschung und Entwicklung ThyssenKrupp VDM. “Hierdoor hebben we nu de beschikking over een goedkopere legering met verbeterde eigenschappen ten opzichte van staal voor de interconnector platen”. Dat geldt zowel voor het gebied van de grote industriële energievoorziening als voor kleine decentrale systemen in huis en voor de energievoorziening in de automobielsector.
Ontworpen voor hoge temperatuur brandstofcellen
De vaste oxide- of hoge temperatuur brandstofcel levert schone energie in de vorm van warmte en elektriciteit bij een hoog rendement en is daarom in een innovatieve energiebron voor de toekomst. Bij deze vorm van brandstofcel technologie wordt uit brandstof als diesel, benzine of methanol bij temperaturen tot 900 °C waterstofgas gewonnen. De omstandigheden die in de brandstofcel heersen vragen om specifieke materialen: De Crofer 22 H is speciaal ontwikkeld voor de hoge temperatuur brandstofcellen.
Het bevat tussen de 20 en 24 % chroom samen met andere legeringelementen als wolfram, niobium, titanium en lanthaan. Het nieuwe materiaal is in hoge mate corrosiebestendig bij temperaturen tot 900°, de oxidelaag zorgt voor goede elektrische geleiding en heeft een hoge mechanische sterkte bij de gebruikstemperatuur. Daarnaast is het eenvoudig te verwerken.
Specifieke eisen
In de brandstofcel wordt het materiaal gebruikt voor de zogenaamde interconnectoren. Deze stalen sandwich platen verbinden de aparte cellen tot een krachtige stapel brandstofcellen. De lijst van eisen voor het materiaal van dit component is lang. Het moet binnen de brandstofcel elektrisch geleiden, corrosiebestendig , mechanisch stabiel en belastbaar en bovendien gemakkelijk te verwerken zijn en mag geen negatieve invloed hebben op de cel zelf. Crofer 22 H voldoet aan al deze specifieke eisen.
Een ander voordeel is de mate van uitzetting onder invloed van warmte. Deze komt overeen met die van keramiek dat voor de cellen wordt gebruikt. Zodoende ontstaan er tussen beide materialen geen mechanische spanningen die het keramiek kunnen beschadigen. “Door de productie van het materiaal op industrieel niveau kan de vervaardiging van brandstofcellen goedkoper worden”, verduidelijkt dr. Robert Steinberger-Wilckens van het Forschungszentrum Jülich.
“Omdat we bij Crofer 22 H geen vacuüm inductie oven nodig hebben konden de productiekosten sterk gereduceerd worden”, aldus dr. Jutta Klöwer. Naast Crofer 22 H worden andere materialen van ThyssenKrupp VDM gebruikt in brandstofcellen. Hoge temperatuur nikkellegeringen spelen in andere SOFC-componenten zoals warmtewisselaars en reformers een rol.
Met de hulp van het nieuwe materiaal Crofer 22 H kunnen zogenaamde lichtgewicht stacks, blokken met meerdere brandstofcellen, worden gemaakt voor het gebruik in voertuigen. (Foto: ThyssenKrupp AG)
Algemeen gebruik
De brandstofcel kan worden gebruikt als „Auxiliary Power Unit“, dus een on-board aggregaat, mobiel in auto’s, vrachtwagens, vliegtuigen en schepen, maar ook stationair voor de energievoorziening in gebouwen of als kleinere of grotere blokverwarmingsunit worden toegepast. Deze toepassing voorziet in een efficiëntere warmte- en elektriciteitsvoorziening voor woningen of voertuigen.
Gezien de hoge prijzen van de fossiele brandstoffen levert deze innovatieve ontwikkeling een duurzame en betaalbare mogelijkheid en opent de weg voor algemeen gebruik. De kleine decentrale energiecentrales zijn in opmars: ze hebben een hoog rendement, leveren warmte en elektrische energie bij een onschadelijke emissie uitstoot, allemaal eigenschappen voor een succesvolle toekomstige technologie.
