Forscher entwickeln Methode für AM-Brennstoffzellen aus protonischer Keramik

21. August 2023

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Forscher der Clemson University, South Carolina, USA, haben eine neue Methode zur additiven Herstellung protonischer Keramikbrennstoffzellen entwickelt. Dieses Gerät für erneuerbare Energien hat das Potenzial, Strom nachhaltiger zu erzeugen als fossile Brennstoffe.

Protonische Brennstoffzellen aus Keramik werden mit erneuerbaren Brennstoffen wie Wasserstoff, Ammoniak, Kohlenwasserstoffen und Alkoholen anstelle von Kohle oder Erdöl betrieben. Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Herstellung in großem Maßstab bestand die Herausforderung jedoch darin, sie vom Labor in die reale Welt zu übertragen.

Um dieses Problem anzugehen, nutzte ein Team im Advanced Materials Research Laboratory von Clemson sein Wissen über additive Fertigung, um röhrenförmige protonische Keramikbrennstoffzellen zu bauen. Dieses Design bietet gegenüber planaren Designs mehrere Vorteile, darunter eine verbesserte Haltbarkeit und eine einfachere Abdichtung.

Das Team testete eine einzelne Brennstoffzelle 200 Stunden lang mit Wasserstoff als Brennstoff und stellte fest, dass sie konstant Strom erzeugte. Forscher gaben an, dass die additive Fertigung von protonischen Keramikbrennstoffzellen im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungstechniken eine höhere Präzision, Konsistenz und Erschwinglichkeit bietet.

Das Clemson-Team veröffentlichte seine Ergebnisse in der Zeitschrift ACS Energy Letters. Der erste Autor war die Doktorandin Minda Zou, und die entsprechenden Autoren waren der Postdoktorand Jiawei Zhang und Professor Jianhua „Joshua“ Tong, alle von der Abteilung für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. „Unsere Arbeit legt nahe, dass 3DP den Weg für reale Anwendungen von röhrenförmigen PCFCs ebnen könnte“, schrieb das Team in der Arbeit.

Tong sagte, ein großer Teil dessen, was die Forschung einzigartig macht, sei, dass das Team in der Lage sei, alle drei in einer Brennstoffzelle erforderlichen Schichten – Anode, Kathode und Elektrolyt – additiv herzustellen. „Niemand sonst hat das getan“, fügte er hinzu. „Noch wichtiger ist, dass die Methode einfach und kostengünstig ist, was für eine Kommerzialisierung vielversprechend ist.“

Derzeit dauert die additive Fertigung einer Brennstoffzelle etwa drei Stunden. Das Team plant jedoch, als nächsten Schritt seiner Arbeit ein fortschrittlicheres Design zu entwickeln. Im Erfolgsfall geht Tong davon aus, dass es in etwa fünf Jahren möglich sein wird, protonische AM-Brennstoffzellen auf den Markt zu bringen.

Das Papier „3D Printing Enabled Highly Scalable Tubular Protonic Ceramic Fuel Cells“ ist hier verfügbar.

https://www.clemson.edu/

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