Brennstoffzelle

In Brennstoffzellen wird die chemische Energie des Wasserstoffs in elektrische Energie umgewandelt. Wasserstoff und Luftsauerstoff reagieren miteinander und es wird Energie und Wasserdampf freigesetzt. In einer Brennstoffzelle läuft die Umkehrreaktion der Elektrolyse ab. Es gibt fünf unterschiedliche Brennstoffzellentypen: Brennstoffzellentypen: Alkalische Brennstoffzelle AFC Membran-brennstoffzelle PEM Phophorsaure Brennstoffzelle PAFC Schmelzkarbonatbrennstoffzelle MCFC Festoxid Brennstoffzelle SOFC Die PEM-Brenstoffzelle ist die zur Zeit bedeutungsvollste, sie hat eine niedrige Betriebstemperatur und ist wartungsarm. Die geplanten Einsatzgebiete sind die dezentrale Energieproduktion und die mobile Energieerzeugung. An ihrem Beispiel läßt sich die Funktionsweise von Brennstoffzellen einfach beschreiben. Andere Brennstoffzellentypen arbeiten ähnlich. Die Membran fungiert als gebundener saurer Elektrolyt. Der Elektrolyt ist sauer damit sich Ionen bilden können. Die beiden benötigten Stoffe Wasserstoff und Sauerstoff (aus der Luft) werden den beiden Elektroden kontinuierlich zugefiihrt. Wasserstoff (H2) diffundiert durch die poröse Anode, wo er in Ionen zerfällt und Elektronen abgibt. Das Wasserstoffion (H+) passiert auf seinem Weg zur Kathode die saure Polymermembran. Zur selben Zeit fließen die Elektronen über einen äußeren Stromkreis zur Kathode. An der Kathode reagiert das Wasserstoffion zusammen mit den Elektronen aus der Kathode und dem Sauerstoff. Das entstehende Wasser wird mit dem überschüssigen Luftstrom aus dem System geleitet. Aufgrund des Elektronenüberschusses an der Anode und des Elektronenmangels an der Kathode entsteht eine Spannung (ca. 1,1 V). Wird ein Verbraucher in den Stromkreis eingeschaltet, fällt die Spannung auf etwa 0,7 V. Um ein für technische Anwendungen geeignete Spannung zu erreichen, müssen Einzelzellen, bestehend aus Kathode, Membran und Anode in Serie zusammengeschaltet werden. Die Brenstoffzellentypen PAFC, MCFC und SOFC sind aufgrund ihrer hohen Betriebstemperatur gut für Strom-WärmeKopplungen geeignet, aber ihr Einsatz ist eher unüblich, da sie relativ aufwendige Umgebungsbedingungen benötigen.