Optimierter SOFC/SOEC Füge- und Konditionierprozess

Die Herstellung von Stacks aus Festoxid-Zellen (SOxC) – sei es für Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) oder Festoxid-Elektrolysezellen (SOEC) – umfasst zahlreiche komplexe Schritte. Eine entscheidende Phase ist dabei der sogenannte Füge- und Konditionierungsprozess bei 800°C bis 1000°C. In diesem Schritt werden die einzelnen Zellen durch thermische und mechanische Behandlungen sowie die Anwendung von Glaslot dauerhaft miteinander verbunden.

Während dieses Prozesses treten wesentliche stoffliche Veränderungen auf: Keramische Hohlräume verdichten sich, das Bindemittel wird entfernt, und das Glaslot schmilzt, wodurch eine stabile Verbindung zwischen den Zellen entsteht. Die Effizienz und Qualität dieses Prozesses sind entscheidend für die Funktionalität und Leistungsfähigkeit der fertigen Stacks.

Um diesen Prozess zu optimieren, wurde ein innovatives impedanzgeführtes Verfahren entwickelt. Dabei dient die elektrische Impedanz der Zellen oder Zellgruppen nicht nur der abschließenden Qualitätskontrolle, sondern auch der Echtzeitsteuerung des Füge- und Konditionierungsprozesses. Dies bietet den Vorteil, dass die Steuerung des gesamten Prozesses nicht mehr auf festen Zeitvorgaben basiert, sondern dynamisch an den tatsächlichen Zustand der Zellen angepasst wird.

Einsatz der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS)

Die Überwachung und Steuerung des Prozesses erfolgen durch die mehrkanalige elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS). Das mehrkanalige SIVONIC-EIS-Meter ermöglicht die Messung der Impedanz synchron über verschiedene Frequenzen und liefert so wertvolle Informationen über die chemische Reaktionen und elektrischen sowie mechanische Eigenschaften innerhalb der Zellen oder Zellgruppen. Auf Grundlage von Versuchen können spezifische Impedanzverläufe definiert und direkt in die Serienproduktion integriert werden. Dies stellt einen wichtigen Fortschritt dar, da maschinelles Lernen zur Optimierung von Produktionsprozessen eingesetzt wird.

Integration in die Fertigungslinien

Ein weiterer zentraler Aspekt ist die Integration des EIS-Meters in industrielle Fertigungslinien. Das EIS-Meter von SIVONIC zeichnet sich durch hohe Robustheit, präzise Messgenauigkeit und zuverlässige Leistung unter anspruchsvollen Produktionsbedingungen aus. Zudem ermöglichen industrielle Schnittstellen eine nahtlose Kommunikation mit bestehenden Prozessleitsystemen, wodurch die erfassten Daten in Echtzeit verarbeitet werden können.

Durch die frühzeitige Erkennung von Abweichungen und potenziellen Fehlern im Konditionierungsprozess trägt das EIS-Meter dazu bei, Ausschuss zu minimieren und die Produktionsausbeute zu maximieren. Diese proaktive Prozessüberwachung reduziert nicht nur die Konditionierzeit signifikant, sondern verbessert auch die Auslastung der Anlagen und senkt den Energieverbrauch.

SIVONIC hat viele Jahre Erfahrung mit dem Einsatz von EIS-Metern bei der Fügesteuerung und half die Fügezeit von SOxC-Stacks zu verringern.

Fazit

Der optimierte Füge- und Konditionierungsprozess mithilfe der elektrochemischen Impedanzspektroskopie stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Herstellung von SOxC-Stacks dar. Die Kombination aus präziser Echtzeitsteuerung, robuster EIS-Messtechnik und nahtloser Integration in bestehende Systeme ermöglicht eine effizientere, ressourcenschonendere und qualitativ hochwertigere Produktion.