Messung der mechanischen Verformungen von SOxC-Stacks

Die Herstellung von Stacks aus Festoxid-Zellen (SOxC) ist ein komplexer Prozess, der hohe Anforderungen an Präzision und Prozesskontrolle stellt. Insbesondere das Fügen der Stacks unter Temperatur- und Krafteinwirkung erfordert eine exakte Steuerung, um die geometrische Integrität der Stacks sicherzustellen. Eine präzise Messtechnik ist hierbei entscheidend. Mit der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) lässt sich der Fügeprozess effizient überwachen und optimieren, wodurch eine gleichbleibend hohe Qualität der Stacks erreicht wird.

Während des Fügeprozesses, der typischerweise bei Temperaturen zwischen 800°C und 1000°C erfolgt, werden die Zellen in einem Ofen unter definierter Krafteinwirkung mithilfe einer Schubstange zusammengefügt. Diese kontrollierte Kraftanwendung ist notwendig, um die Zellen während des unvermeidbaren Schrumpfungsprozesses sicher zu verbinden. Allerdings können dabei unerwünschte Verformungen auftreten, die die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Stacks negativ beeinflussen.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, werden während des Fügeprozesses kontinuierlich Impedanzmessungen an mehreren Messpunkten entlang des gesamten Stacks durchgeführt. Diese Messpunkte sind so angeordnet, dass sie paarweise an den gegenüberliegenden Außenseiten der Zellen positioniert sind. Durch die kontinuierliche Überwachung der Impedanz lassen sich selbst geringfügige Veränderungen in der Geometrie des Stacks in Echtzeit erkennen.

Die Messung erfolgt mit dem Mehrkanal-EIS-Meter von SIVONIC, das durch seine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit überzeugt. Werden während des Prozesses unerwünschte Verformungen festgestellt, können diese frühzeitig korrigiert werden. Anpassungen wie die Korrektur des Winkels der Schubstange oder des Angriffspunkts der Kraft minimieren Verformungen und tragen entscheidend zur Qualitätssicherung bei.

Ein weiterer Vorteil der kontinuierlichen Impedanzmessung ist die Möglichkeit, die Stacks am Ende des Fügeprozesses in Qualitätsklassen einzuteilen. Die Klassifizierung erfolgt basierend auf der Homogenität der Verformungen:

• Höhere Qualitätsklassen erhalten Stacks mit gleichmäßigen Verformungen, da sie eine längere Lebensdauer und höhere Effizienz aufweisen.
• Niedrigere Qualitätsklassen werden Stacks mit ungleichmäßigen Verformungen zugeordnet, da diese typischerweise kürzere Lebensdauern und höhere Betriebskosten verursachen.

Das Mehrkanal-EIS-Meter von SIVONIC ist vollständig in bestehende Prozessleitsysteme integrierbar, und die erfassten Daten werden in Echtzeit verarbeitet. Dies ermöglicht eine lückenlose Dokumentation und unterstützt die kontinuierliche Verbesserung des Fertigungsprozesses.

SIVONIC hat viele Jahre Erfahrung mit dem Einsatz von mehrkanaligen EIS-Metern beim Fügen und im Betrieb von SOFC/SOEC-Stacks.

Mit der Kombination aus präziser Kraftsteuerung und Echtzeitüberwachung durch elektrochemische Impedanzspektroskopie(EIS) lassen sich mechanische Verformungen während des Fügeprozesses effektiv reduzieren. Dadurch wird nicht nur die Qualität der Stacks verbessert, sondern auch die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der gesamten Produktion gesteigert.