Brennstoffzelle

Bereits im Jahre 1839 wurde der Grundstein für die heutige Brennstoffzellentechnik gelegt. Doch die zivile Nutzung der Brennstoffzelle wurde erst in den letzten Jahren interessant, da sie hinsichtlich des Treibhauseffektes eine umweltfreundliche Alternative zur Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen wie Erdöl darstellt.

Ihre Vorteile sind:

• Der Brennstoff ist aus Wasser herstellbar, das sozusagen unbegrenzt zur Verfügung steht.
• Als Endprodukt entsteht wieder nur Wasser.
• Die Brennstoffzelle arbeitet völlig geräuschlos und emissionsfrei.
• Es gibt hier eine direkte Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie, ohne Umwege über Wärme- und mechanische Energie.
• Die Brennstoffzelle unterliegt keinem mechanischen Verschleiß, da in der Zelle keine beweglichen Teile zum Einsatz kommen.
• Der reine elektrische Wirkungsgrad kann bis zu 60 % betragen.
• Die Brennstoffzelle benötigt keine Ladezeiten. Bei Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff liefert sie sofort eine Spannung.

Ihr Nachteil:

• Der Brennstoff muss erst unter Energieaufwand erzeugt werden und ist damit kein auf der Erde vorhandener Primärenergieträger.

Brennstoffzellen sind sehr einfach aufgebaut. Die eigentliche Zelle besteht aus drei übereinander liegenden Schichten: Zwei gasführende Platten-Elektroden aus Platin und ein dazwischen liegender Feststoff-Elektrolyt.

Da eine einzelne Zelle nur eine sehr geringe Spannung erzeugt, werden je nach benötigter Spannung einzelne Zellen in Reihe geschaltet, d. h. aufeinander gestapelt. Solch ein Stapel nennt sich "Stack".

Stack

PEM-Brennstoffzelle

Das Platin als Elektrodenmaterial wirkt gleichzeitig als Katalysator und ermöglicht den folgenden elektrochemischen Vorgang: Befindet sich an der Anode Wasserstoff und an der Kathode Sauerstoff, wird ein Wasserstoffmolekül unter Abgabe von Elektronen in Wasserstoffatome gespalten. Die entstehenden Wasserstoff-Ionen (H⁺) wandern durch den für sie durchlässigen Elektrolyten zur Kathode und oxidieren mit Sauerstoff zu Wasser.

Verbindet man nun die beiden Elektroden mit einem elektrischen Leiter, so wandern die Elektronen durch diesen von der Anode zur Kathode: es fließt ein nutzbarer, elektrischer Strom.

• Anode/Minuspol: 2H₂ 4H⁺ + 4e^–
• Kathode/Pluspol: 4H⁺ + O₂ + 4e^– 2H₂O

Wissenschaftler und Ingenieure entwickelten zu Beginn der 90er Jahre verschiedene neue Konzepte und Technologien, mit denen es gelang, die Leistungsfähigkeit kontinuierlich zu steigern und gleichzeitig die Kosten zu senken. Inzwischen reichen die Einsatzmöglichkeiten bishin zu Fahrzeugantrieben mit mehreren 100 kW Leistung.

Bus der Hamburger Hochbahn mit Brennstoffzellenantrieb (DaimlerChrysler).

• Brennstoffzelle: Prüfen und Instandsetzung (Fahrzeugtechnik)

• Das Hamburger Wasserstoffprojekt HH₂ mit umfangreichem Zusatzmaterial (Video-Dokumentation, Arbeitsblätter, Folien, Übungsaufgaben)
• www.pemfc.de
• www.diebrennstoffzelle.de.