Entwicklung und Aufbau eines Teststandes zur Ermittlung zulässiger Druckdifferenzen an Feststoffoxidbrennstoffzellen

Kurzfassung

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. plant die Errichtung eines Hybridkraftwerks, bestehend aus einem planaren Feststoffoxidbrennstoffzellen-System (SOFC) und einer Mikrogasturbine. Dabei verwendet die Mikrogasturbine das ungenutzte Brenngas der SOFC und stellt die Druckluft für die SOFC bereit. Nicht vermeidbare Druckschwankungen der Druckluft führen beim Betrieb der SOFC zu Druckdifferenzen zwischen Anoden- und Kathodenseite, die die SOFC beschädigen können. Der Betriebsbereich, in dem die SOFC beschädigungsfrei, bezüglich dieser Druckdifferenzen betrieben werden kann, ist bisher unbekannt. Zu diesem Zweck wurde ein Teststand entwickelt und aufgebaut mit dessen Hilfe ein Betriebsbereich ermittelt wird. In dieser Diplomarbeit sind die Entwicklung und der Aufbau des Teststandes sowie die Ausarbeitung von stationären und dynamischen Versuchsabläufen erläutert. Im Auswertungsteil werden die Ergebnisse von drei stationären Druckversuchen beschrieben und die Ergebnisse in einer Post-Mortem-Analyse betrachtet. Dabei haben Druckdifferenzen zwischen Brenngas- und Luftseite im Bereich von 81 bis 311 mbar zu einem Versagen der Stacks geführt. Potenzielle Ursachen für das Versagen des Stacks wurden in der Post-Mortem-Analyse entdeckt und ausgewertet.