Ein Forschungsteam der Tokyo University of Science in Japan hat kürzlich Fortschritte auf dem Gebiet der Festoxid-Brennstoffzellentechnologie erzielt. Die von Prof. Dr. Toru Higuchi vom Fachbereich Angewandte Physik geleitete Gruppe entwickelte ein innovatives Design für Elektrolytmembranen, das darauf abzielt, die Betriebstemperatur von Brennstoffzellen zu senken und deren Effizienz zu steigern.

Bestehende Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) müssen typischerweise bei hohen Temperaturen zwischen 600 und 1000 Grad Celsius betrieben werden, was Herausforderungen für Materialkosten und Lebensdauer darstellt. Die Kernstrategie des Forschungsteams bestand darin, ultradünne Elektrolytmembranen aus Samarium-dotiertem Cerdioxid (SDC) herzustellen und durch präzise Kontrolle der Kristallorientierung strukturelle Defekte zu minimieren. Prof. Higuchi erläutert: „Wir gehen davon aus, dass wir, wenn wir auf dem Substrat orientierte Filme mit einer hohen Anzahl von Sauerstoffleerstellen herstellen können, in praktischen Anwendungen eine höhere Oxidionenleitfähigkeit als bei bestehenden Materialien erreichen können.“

Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass dieses neue Elektrolytmaterial im mittleren Temperaturbereich von 200 bis 550 Grad Celsius eine hohe Oxidionenleitfähigkeit erreicht. Ein Betrieb in diesem Temperaturbereich könnte im Vergleich zu bestehenden Technologien die Abhängigkeit von teuren hitzebeständigen Materialien verringern, die thermische Belastung des Systems reduzieren und möglicherweise die Startzeit verkürzen. Prof. Higuchi erklärt: „Unsere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass a-achsenorientierte SDC-Filme mit hoher chemischer Stabilität ein innovatives Elektrolytmaterial für praktische Festoxid-Brennstoffzellen darstellen könnten.“

Dieser Fortschritt wird als potenzielle Lösung für eine der zentralen Herausforderungen bei der praktischen Anwendung der Festoxid-Brennstoffzellentechnologie angesehen – nämlich die Einschränkung durch den Hochtemperaturbetrieb. Durch die Senkung der Betriebstemperatur könnte die Technologie die Sicherheit, Haltbarkeit und Wirtschaftlichkeit von Brennstoffzellen verbessern und so die Voraussetzungen für eine breitere Anwendung in sauberen Energiesystemen schaffen.

Die Forschenden weisen darauf hin, dass die potenziellen Anwendungen des Materials möglicherweise nicht auf den Energiesektor beschränkt sind. Prof. Higuchi fügt hinzu, dass solche Filme mit hoher Ionenleitfähigkeit auch Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie neuromorphen Computergeräten bieten könnten. Die Forschungsergebnisse wurden in einer relevanten Fachzeitschrift veröffentlicht.

Weitere Informationen: Autoren: Ryota Morizane et al., Titel: „Oxide Superionic Conductivity in a-axis-oriented Ce_0.75Sm_0.25O_2−δ Thin Films on Yttria-Stabilized Zirconia Substrates“, veröffentlicht in: Journal of the Physical Society of Japan (2026).