Erneuerbare Energie: Brennstoffzelle aus dem 3D-Drucker

Schicht für Schicht: US-Forscher haben die Tinten entwickelt, mit denen sie Brennstoffzellen per 3D-Druck herstellen wollen. Das soll ganz neue Designs der Zellen ermöglichen.

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Festoxidbrennstoffzelle (Symbolbild): Tinten aus keramischen Partikeln, Bindemittel und Lösungsmittel
Festoxidbrennstoffzelle (Symbolbild): Tinten aus keramischen Partikeln, Bindemittel und Lösungsmittel (Bild: Wikipedia:jmsanta, degreen/CC-BY-SA 3.0 de)

Eine Brennstoffzelle mit 3D-Drucker herstellen wollen Forscher aus den USA. Sie hätten eine Reihe von Tinten zusammengemischt, aus denen ein 3D-Drucker eine keramische Brennstoffzelle aufbauen könne, berichtet das US-Wissenschaftsmagazin IEEE Spectrum.

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Ziel ist es, eine Festoxidbrennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) zu bauen. Der 3D-Drucker soll nacheinander deren verschiedene Komponenten herstellen: Anode, Kathode, Elektrolyt und Verbindungsstück. Dazu haben die Forscher um Ramille Shah verschiedene Tinten gemischt.

Lösungsmittel verdunsten unterschiedlich schnell

Die Tinten bestehen zu 70 bis 90 Prozent aus verschiedenen keramischen Partikeln. Hinzu kommen ein Bindemittel sowie verschiedene Lösungsmittel. Diese haben unterschiedliche Verdunstungseigenschaften: Einige verdunsten sehr schnell, so dass die Tinte schnell aushärtet. Andere sind weniger flüchtig. Sie sorgen dafür, dass die Tinte feucht genug bleibt, damit sie sich mit der nächsten Lage, die der Drucker ausbringt, verbinden kann.

Auf diese Weise kann der 3D-Drucker die Brennstoffzelle Schicht für Schicht aufbauen. Fertig ist sie allerdings noch nicht: Wie jedes Werkstück aus Keramik muss auch die SOFC noch in den Ofen. Dort wird die Zelle bei einer Temperatur von über 1.200 Grad gebrannt.

3D-Druck ermöglicht neue Formen

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Eine Brennstoffzelle in einem Arbeitsgang mit einem 3D-Drucker herzustellen, sei einfacher, als die Einzelteile zusammenzubauen, sagte Adam Jakus aus dem Team von Shah bei der Vorstellung. Der große Vorteil des 3D-Drucks sei aber, dass die Komponenten oder die ganzen Brennstoffzellen in Formen hergestellt werden könnten, die sonst nicht möglich seien.

Sie hätten beispielsweise flache Werkstücke gedruckt und diese vor dem Brennen gefaltet oder gerollt, berichtete Jakus. So könnten Brennstoffzellen etwa rund werden. Das Team um Shah wolle sich allerdings um die Tinten kümmern und die Gestaltung der SOFCs den Brennstoffzellenexperten überlassen.

Jakus hat die gedruckte Brennstoffzelle auf dem Herbsttreffen der Materials Research Society vorgestellt. Die Konferenz fand in der vergangenen Woche in Boston im US-Bundesstaat Massachusetts statt.

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