HochtemperaturSOEC

Hochtemperatur-SOEC (Hochtemperatur-SOEC) bezeichnet eine elektrochemische Zelle zur Elektrolyse von Wasser bei hohen Temperaturen. Typische Betriebstemperaturen liegen im Bereich von etwa 700 bis 1000 Grad Celsius. Der Elektrolyt ist fest und keramisch, häufig auf Zirkonoxidbasis (yttriumstabilisierter Zirkonoxid, YSZ) oder dopierten Cerien aufgebaut. Die Zelle besteht aus einer Kathode, an der Wasser zu Wasserstoff reduziert wird, einem festen Elektrolyten, der Oxidionen transportiert, und einer Anode, an der Sauerstoff entsteht. Durch die hohen Temperaturen wandern O2- Ionen durch den Elektrolyten, der extern zugeführte Strom liefert die notwendige Energie. Wasser kann als Dampf zugeführt werden; der erzeugte Wasserstoff sammelt sich an der Kathode, der Sauerstoff an der Anode.

Materialien für Hochtemperatur-SOEC umfassen elektroden- und elektrodenkombinationen wie Perowskit-basierte Mischleiterkatalysatoren, Ni-YSZ-Cermets an der Kathode und langlebige Anodenmaterialien; der Elektrolyt besteht typischerweise aus ZrO2-basierten Legierungen oder alternativen keramischen Festelektrolyten. Interconnects und Konstruktionsmaterialien müssen hohen Temperaturen, Gasatmosphären und Zersetzungsprozessen standhalten.

Vorteile von Hochtemperatur-SOEC liegen in verbesserten Reaktionskinetiken und der Möglichkeit zur Ko-Elektrolyse von CO2 und H2O zur Synthesegaserzeugung. Dadurch ergeben sich Potenziale für höhere theoretische Wirkungsgrade und eine bessere Integration mit erneuerbaren Energiequellen sowie für Power-to-Gas-Anwendungen.

Herausforderungen umfassen langfristige Stabilität, Degradationsmechanismen, Haftung und Dichtheit, Risiken der Kohlenstoffablagerung bei bestimmten Gaszusammensetzungen, Kosten sowie technologische Reife. Gegenwärtig ist Hochtemperatur-SOEC überwiegend ein Forschungs- und Demonstrationsbereich mit Blick auf künftige kommerzielle Anwendungen.