Schmelzkarbonatbrennstoffzelle

Die Schmelzkarbonatbrennstoffzelle (engl. Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) ist eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, die bei einer Betriebstemperatur zwischen 580 °C und 675 °C arbeitet. Als Elektrolyt verwendet dieser Zellentyp eine Alkalicarbonat-Mischschmelze aus Lithium- und Kaliumcarbonat.

Prinzip

Aufbau einer MCFC

Als Brenngas wird auf der Seite der Anode ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid benutzt, das per interner Reformierung aus einem methanhaltigen Energieträger wie fossilem Erdgas oder Biogas hergestellt wird. Als Reaktionsprodukte entstehen auf der Anoden-Seite Wasser und Kohlendioxid. Kathodenseitig wird Sauerstoff und Kohlendioxid zugesetzt, letzteres wird aus dem Anodenabgas zurückgeführt. Der Sauerstoff verbindet sich unter Elektronenaufnahme mit dem CO₂ zu einem Carbonation, welches durch den Elektrolyten wandert.

Die Materialien zum Bau dieses Zellentyps sind vergleichsweise günstig, da sie in einem Temperaturbereich arbeitet, bei dem eine akzeptable Reaktionsgeschwindigkeit ohne teure Edelmetallkatalysatoren erreicht wird und preiswertere Nickelelektroden verwendet werden können. Andererseits ist die Betriebstemperatur noch nicht so hoch, sodass auf aufwendige Hochtemperaturwerkstoffe verzichtet werden kann. Schwierig ist der Typ vor allem wegen des Verschleißes durch das ständige Aufwärmen auf hohe Temperaturen und Abkühlen des Systems. Auch die Giftigkeit und Entzündlichkeit des wasserstoffreichen und CO-haltigen Reformats aus der internen Reformierung stellt hohe, aber beherrschbare Anforderungen an die Sicherheit. Die MCFC soll sich in Zukunft in lokalen und auch größeren Kraftwerken einsetzen lassen.

Reaktionsgleichungen

	Gleichung
Reformierung	$\mathrm {CH_{4}+H_{2}O\longrightarrow CO+3H_{2}}$ $\mathrm {CO+H_{2}O\longrightarrow CO_{2}+H_{2}}$ Dampfreformierung mit Shiftreaktion
Anode	$\mathrm {H_{2}+{CO_{3}}^{2-}\longrightarrow H_{2}O+CO_{2}+2\ e^{-}}$ Oxidation / Elektronenabgabe
Kathode	$\mathrm {{\frac {1}{2}}O_{2}+CO_{2}+2\ e^{-}\longrightarrow {CO_{3}}^{2-}}$ Reduktion / Elektronenaufnahme
Gesamtreaktion	$\mathrm {2\ H_{2}+O_{2}+2CO_{2}(K)\longrightarrow 2\ H_{2}O+2CO_{2}(A)}$ Redoxreaktion / Zellreaktion

Weblinks

• Kennzahlen einer MCFC-Brennstoffzelle (Memento vom 7. Juli 2007 im Internet Archive)
• Verständliche interaktive Animation von BIGS zu Aufbau, Typen und Anwendung von Brennstoffzellen