SOFC

SOFC ist die Abkürzung für solid oxide fuel cell und steht für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit oxidkeramischem Elektrolyten. Bei dieser Brennstoffzelle ist der Elektrolyt eine dünne ionenleitende Keramikplatte auf deren Unter- und Oberseite die porösen und elektronenleitenden Elektroden aufgebracht sind.

SOFC, Quelle: Forschungszentrum Jülich	Prinzip der SOFC

Der auf der Kathodenseite zugeführte Sauerstoff wird an der Elektrode zu Sauerstoffionen reduziert. Die Sauerstoffionen wandern durch die ab ungefähr 800 C° ionenleitende Keramikplatte zur Anode wo die Oxidation des Brenngases stattfindet. Die dabei freigesetzten Elektronen fließen über den äußeren Stromkreis zur Kathode zurück. Die Reaktionsprodukte werden mit dem Brenngasstron abgeführt. Zur Erhöhung der Spannung werden mehrere Zellen zu einem sogenannten Stack aufeinandergestapelt. Für die Funktionsfähigkeit von oxidkeramischen Hochtemperatur-Brennstoffzellen ist die gleichmäßige Versorgung der einzelnen Zellen des Stacks sowie der jeweiligen elektrochemisch aktiven Bereiche mit Brenngas und Luft wichtig.
Die mathematische Modellierung führt auf ein System nichtlinearer gekoppelter partieller Differentialgleichungen.

Eine Auswahl der zu lösenden Differentialgleichungen

Mithilfe der Simulation können die Abhängigkeit der Gasverteilung von verschiedenen geometrischen Größen und deren Einfluß auf verschiedene Betriebsparameter untersucht werden. Die folgenden Bilder zeigen das Temperaturfeld, die Stromdichteverteilung und die Sauerstoffverteilung bei einer Zelle des Stacks.