Cofiring-Technologie zur Realisierung tubularer SOFC-Zellen mit Pulverdispersionen

Die Brennzyklenzahl ist bei der Realisierung von tubularen und planaren SOFC(solid oxide fuel cells)-Zellen mit Pulverdispersionen ein erheblicher Kostenfaktor. Daher umfassen die Entwicklungsarbeiten die Realisierung der Interlayer-Schicht (Perowskit/YSZ-Mischkathode), der gasdichten Elektrolytschicht sowie der Anodenschicht auf SWPC- Kathodenrohren bzw. HPD-Rohren mittels Vakuuminfiltration von Schlickern (VSG) bzw. 'Roller Coating' von Pasten und deren gemeinsame Sinterung (Cofiring) am Ende der Beschichtungsprozesse. Basierend auf Erfahrungen, die bei der Herstellung gasdichter YSZ-Schichten mittels VSG gemacht wurden, kann an der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Elektroden durch den Einfluss von Sinteradditiven eine Kationendiffusion in das YSZ stattfinden. Damit steigt die elektronische Leitfähigkeit im 8YSZ- Elektrolyt an. Eigenschaftsänderungen von 8YSZ durch unterschiedliche Metalloxide werden untersucht. Die Zumischung von Metalloxiden führt zu Veränderungen der strukturellen, elektrischen und chemischen Eigenschaften. Gleichstrom-Widerstandsmessungen zeigen eine Änderung der ionischen Leitfähigkeit bei Me2O3-Dotierung. Gleichzeitig kann es zu einer Vergrößerung der elektronischen Leitfähigkeit kommen. Durch die Cofiring-Technologie können die Kostenziele der Zellenherstellung erreicht werden. Bei dieser Technologie werden mehrere auf getragene Schichten bei einer Temperatur eingebrannt. Eine wesentliche Voraussetzung für Cofiring ist die Realisierung einer gasdichten Elektrolytschicht auf Basis eines kostengünstigen Pulvers. ZrO2- Schichten können mit ausreichenden elektrochemischen Eigenschaften aus Pulvern mit bestimmten Verunreinigungen wie z.B. Fe2O3, HfO2, TiO2 hergestellt und bei Temperaturen bis zu 1400 Grad C gesintert werden.