Temperaturmessung in SOxC-Stacks

Herausforderungen bei Hochtemperatur-Festoxid-Zellen
Hochtemperatur-Festoxid-Zellen (SOxC) wie Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) und Festoxid-Elektrolysezellen (SOEC) arbeiten bei Temperaturen von 800 bis 1.000 °C. Diese Temperaturen sind für den Betrieb der Zellen notwendig. Sie führen jedoch zu strukturellen Veränderungen, die als Degradation bezeichnet werden. Die Degradation verkürzt die Lebensdauer und verringert die Effizienz der Zellen.

Temperaturgradienten innerhalb des Stacks verstärken diesen Effekt. Unterschiede von mehr als 5 bis 10 K beschleunigen die Alterung deutlich. Um das zu verhindern, müssen überhöhte Temperaturen vermieden und gleichmäßige Temperaturverteilungen erreicht werden.

Einsatz der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS)
Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist eine bewährte Methode zur Diagnose von Hochtemperatur-Festoxid-Zellen. Ein innovativer Ansatz ist die Nutzung von EIS zur Temperaturmessung.

Da die Impedanz von der Temperatur abhängt, können aktuelle Zellentemperaturen und Temperaturgradienten genau berechnet werden. Dies geschieht ohne physische Temperatursensoren, die oft nur Randbereiche erfassen.

Das mehrkanalige Impedanzspektrometer EIS-Meter von SIVONIC liefert die Daten in Echtzeit an die Steuereinrichtung des Ofens oder der Stack-Box. Der Ofen ist in mehrere regelbare Heizzonen unterteilt. Die Heizleistung wird anhand der EIS-Daten angepasst, um maximale Temperaturen zu begrenzen und Temperaturgradienten zu minimieren.

Zusätzlich können Kühlrohre oder Kühlfinger integriert werden. Diese ermöglichen eine noch präzisere Temperaturregelung. In Kombination mit einer Stromanpassung wird eine optimale Betriebsumgebung geschaffen.

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

Vorteile für Effizienz und Lebensdauer
Die EIS-Technologie reduziert thermischen Stress und verlangsamt Degradationsprozesse. Dadurch wird die Lebensdauer der Zellen verlängert.

Das EIS-Meter von SIVONIC überzeugt durch hohe Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit. Es lässt sich problemlos in bestehende Prozessleitsysteme integrieren. Die erfassten Daten werden in Echtzeit verarbeitet.

Durch die kontinuierliche Überwachung und Steuerung mit EIS verbessern sich Effizienz und Lebensdauer von Hochtemperatur-Festoxid-Zellen erheblich.