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Spannende Antworten die umso mehr Fragen aufwerfen

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  1. Spannende Antworten die umso mehr Fragen aufwerfen

    Autor: Ach 11.06.18 - 19:32

    Ist halt ein ganz frisches Thema. Da ist einfach noch nicht so viel drüber bekannt, klar! Was mich aber brennend interessiert : Hochtemperaturbrennstoffzellen basieren, so viel ich weiß, nicht auf Platin- sondern auf keramischen Katalysatoren und arbeiten bei Temperatur von ca. 750°C. Wie hoch mag da wohl der Wirkungsgrad von sein? Und woran machen sich die hohen Kosten fest, oder verwendet auch diese FC Platin? Falls ja, dann ist ja vom hohen Preisniveau nur schwerlich herunter zu kommen, falls nein, dann besteht da ja noch einiges an Sparpotenzial für die Zukunft.

    Noch eine leichte Widersprechung im Text : Apparaturen, die bei so hohen Temperaturen arbeiten, würde man doch aus anderem Grund eher nicht auf dem Schiff verteilt unterbringt, weil man auf diese Weise die Wärmeabstrahlende Ober-, bzw. Kontaktfläche mit dem Schiffskörper erhöht, was unweigerlich die Effizienz der Stromgewinnung sinken lässt. Ansonsten finde ich das eine klasse Sache, wobei mich aber auch sogleich wieder brennend interessiert, in wieviel Windkraft-/Sonnenenergiestunden sich eine typische Ozeanüberfahrt übersetzen würde.

    Ok, Ok, mit der Zeit werden wohl die meisten Antworten auf diese Fragen ans Tageslicht kommen, ich bin ja schon geduldig :]...

  2. Re: Spannende Antworten die umso mehr Fragen aufwerfen

    Autor: Reitgeist 11.06.18 - 21:01

    Ach schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Ist halt ein ganz frisches Thema. Da ist einfach noch nicht so viel drüber
    > bekannt, klar! Was mich aber brennend interessiert :
    > Hochtemperaturbrennstoffzellen basieren, so viel ich weiß, nicht auf
    > Platin- sondern auf keramischen Katalysatoren und arbeiten bei Temperatur
    > von ca. 750°C. Wie hoch mag da wohl der Wirkungsgrad von sein? Und woran
    > machen sich die hohen Kosten fest, oder verwendet auch diese FC Platin?
    > Falls ja, dann ist ja vom hohen Preisniveau nur schwerlich herunter zu
    > kommen, falls nein, dann besteht da ja noch einiges an Sparpotenzial für
    > die Zukunft.

    Der Wirkungsgrad dieser Brennstoffzellen hängt wie bei jeder elektrochemischen Zelle von der Betriebsstrategie ab. Typischerweise werden diese Brennstoffzellen aber in Betriebspunkten gefahren, in denen der Wirkungsgrad bei 60% oder sogar noch etwas darüber liegt.
    Die Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) hat den Vorteil einen geringeren Innenwiderstand zu haben, deswegen sind die Verluste bei höherer Last geringer und damit ist der Wirkungsgrad in den meisten Lastpunkten eben höher.

    Oftmals werden komplett edelmetallfreie Katalysatoren für die SOFC verwendet, das ist richtig. Die Probleme liegen eher in der Dichtung, zumindest wenn die SOFC öfter gestartet und gestoppt werden soll. Ein Temperaturdelta von vielen hundert Grad sorgt wegen der unerwünschten thermischen Ausdehnung für Spannungen im Material.

    Aber da du die Kosten von Platin bei Brennstoffzellen erwähnst: die sind schon seit ein paar Jahren auch bei der PEM nicht mehr der Hauptkostentreiber. Die Forschung hat da ganze Arbeit geleistet bei der Reduktion der Edelmetalle.

    Nimm als Beispiel den Stack von Toyota mit seiner Stückzahl von 3000/Jahr. Die sehr ausführliche und ständig aktualisierte Studie des DOE hat den bis in die einzelnen Fertigungsschritte hinein bewertet. Auf Seite 92 findest du das Ergebnis für die Kosten: Platin trägt für ca. 20% bei und ist damit nicht teurer als der Elektrolyt. Das Titan der Toyota-Brennstoffzelle kostet mittlerweile mehr (deswegen verwenden alle anderen Hersteller auch billigeres Edelstahl oder Graphit).

    >
    > Noch eine leichte Widersprechung im Text : Apparaturen, die bei so hohen
    > Temperaturen arbeiten, würde man doch aus anderem Grund eher nicht auf dem
    > Schiff verteilt unterbringt, weil man auf diese Weise die Wärmeabstrahlende
    > Ober-, bzw. Kontaktfläche mit dem Schiffskörper erhöht, was unweigerlich
    > die Effizienz der Stromgewinnung sinken lässt. Ansonsten finde ich das eine
    > klasse Sache, wobei mich aber auch sogleich wieder brennend interessiert,
    > in wieviel Windkraft-/Sonnenenergiestunden sich eine typische
    > Ozeanüberfahrt übersetzen würde.

    Die Brennstoffzellen sind genauso isoliert wie z.B. die Brennkammer eines Dieselmotors. Um den Wärmeverlust brauchst du dir keine Sorgen machen, das lässt sich technisch einfach lösen. Eine billige und thermisch haltbare Dichtung sind schwieriger.

  3. Re: Spannende Antworten die umso mehr Fragen aufwerfen

    Autor: Ach 11.06.18 - 22:05

    Wow, das nenne ich mal eine ausgesprochen gesunde Ergänzung eines Artikels! Vielen, vielen Dank! Von den Punkten ist jeder interessant, gerade natürlich auch der Punkt mit der Dichtung. Logisch eigentlich, wenn man es sich überlegt. Keramik dehnt sich kaum aus, zug-/druckstabile und dabei temperaturfeste Materialien, bei denen es sich nur um Metalle handeln kann, dehnen sich um ein vielfaches, insbesondere bei einem Delta ü 500°, mehr als bei jedem Zylindermotor!

    Die PDF, da sehe ich jetzt diese 277 Dollar pro Part. Da brauche ich aber erst mal etwas Ruhe, mir die Zusammenhänge und Dimensionen unbedingt erst mal selber anhand der PDF klar zu machen, das geht also schon...

    Noch eine Frage quält mich. Steht sicher auch in der PDF, wenn man die Position ausgemacht hat, aber vielleicht hast du ja eine ungefähre Größenvorstellung von der Leistungsdichte solcher SOFC-Zellen. Und noch etwas allgemeiner : bei solchen chemisch sehr stabilen und wärmebeständigen Materialien wie Platin oder auch Titan, da ist es ja keine Seltenheit, dass nicht mehr das Material sondern dessen möglicher Weise sehr aufwendige Verarbeitung zum Kostentreiber wird. Also selbst wenn das Platin durch eine inzwischen nur noch sehr feine Dosierung(Gratulation an die Forschung!) bezahlbar wurde, wie einfach/aufwendig mag wohl dessen Einbringung in/Auftrag auf das FC-/Elektrodenmaterial sein.

    Grüße, Ach



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 11.06.18 22:07 durch Ach.

  4. Re: Spannende Antworten die umso mehr Fragen aufwerfen

    Autor: bombinho 12.06.18 - 00:52

    Sehr interessant, aber kann man nicht die Kathode so formen, dass diese die Abdichtung weitestgehend uebernimmt?

    Seit Jahren werden ja fuer Brennraeume "Gummidichtungen" verwendet, die werden dann einfach nur an einer thermisch weniger belasteten Stelle angebracht.

    Eine "Hutkrempe" sollte doch Dehnungsaufnahme und Dichtung uebernehmen koennen und die eigentliche Dichtung befaende sich dann aussen in einem gering belasteten Bereich.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 12.06.18 00:56 durch bombinho.

  5. Re: Spannende Antworten die umso mehr Fragen aufwerfen

    Autor: David64Bit 12.06.18 - 08:37

    Ach schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Also selbst wenn das Platin durch eine
    > inzwischen nur noch sehr feine Dosierung(Gratulation an die Forschung!)
    > bezahlbar wurde, wie einfach/aufwendig mag wohl dessen Einbringung
    > in/Auftrag auf das FC-/Elektrodenmaterial sein.
    >
    > Grüße, Ach

    Mercedes behauptet, sie haben es geschafft den Platingehalt ihrer Brennstoffzelle auf unter 20 Gramm zu reduzieren - das wären dann knapp 500 Euro fürs Platin.

    Toyota hat wohl über 40 Gramm Platin in der Brennstoffzelle des Mirai - und der kostet knapp unter 80.000 Euro, damit weniger als ein Akku-E-Auto. Man munkelt in der Autowelt, dass der GLC F-Cell so um die 60.000 kosten wird.

    So aufwendig kann es also nicht sein, sonst wären die Autos höchstwahrscheinlich sehr viel teurer. Es bleibt auf jeden fall sehr spannend und Brennstoffzellen haben ihre Daseinsberechtigung.

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