Maturaarbeit von Patric Bigler, Klasse 1c Die Brennstoffzelle; Bald eine ernstzunehmende Alternative für die Automobilindustrie? Maturaarbeit von Patric Bigler, Klasse 1c

Übersicht Ziele der Arbeit Die Brennstoffzelle allgemein Wie funktioniert die Brennstoffzelle? Die Brennstoffzelle in der Automobilindustrie Praktischer Teil: Wirkungsgrad bestimmen Ergebnisse der Messungen Schlussfolgerungen

Ziele dieser Maturaarbeit Sammeln von jeglichen Informationen über Brennstoffzellen (Funktion, Geschichte, Typen, etc.) Bestimmung des Wirkungsgrades einer Brennstoffzelle Frage der Umsetzbarkeit der Brennstoffzellen und des Wasserstoffs im täglichen Strassenverkehr

Steckbrief der Brennstoffzelle Erfunden durch den Physiker Sir William Robert Grove im Jahre 1839 Umkehrreaktion der Wasserelektrolyse Anwendungen: Raumfahrt, Heizung, dezentrale Stromversorgung, „Autoantrieb“ Keine schädlichen Emmissionen wie CO2

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle? Brennstoffzelle mit „Proton Exchange Membrane“ (PEM) als Elektrolyt Reaktion an der Anode: Reaktion an der Kathode: Gesamtreaktion:

Animation

Die Brennstoffzelle in der Automobilindustrie Daimler Chrysler: „NECAR 1-6, F-Cell“ BMW: „Clean Energy“ Honda: Fuel Cell „FCX“ General Motors: „HydroGen 1-3“ PSI und Volkswagen: VW Bora „HY.Power“ Uni Fribourg: Wasserstoff-Pistenfahrzeug

Praktischer Teil: Vorgehen Messen der Spannung über verschiedenen Lastwiderständen Berechnen der Stromstärken I = U : R Leistung berechnen P = U ∙ I Wirkungsgrad berechnen

Schaltplan Schaltplan für die Spannungsmessung über den verschiedenen Widerständen. V: Voltmeter, R: Lastwiderstand, RI: Innenwiderstand der Brennstoffzelle

Praktischer Teil Messen der Spannung über verschiedenen Lastwiderständen Berechnen der Stromstärken I = U : R Leistung berechnen P = U ∙ I Wirkungsgrad berechnen

Praktischer Teil Messen der Spannung über verschiedenen Lastwiderständen Berechnen der Stromstärken I = U : R Leistung berechnen P = U ∙ I Wirkungsgrad berechnen

Strom-Leistungsdiagramm Gelbe Markierung: Beste Leistung der Brennstoffzelle

Praktischer Teil Messen der Spannung über verschiedenen Lastwiderständen Berechnen der Stromstärken I = U : R Leistung berechnen P = U ∙ I Wirkungsgrad berechnen

Wirkungsgrad bei verschiedenen Widerständen Widerstand Spannung (V) Stromstärke Zeit (sec) Volumen (cm3) Input Output (J) Wirkungsgrad (η) Leistung (W) (Ω) (A) 0,22 0,357 1,623 84 20 185,4 48,671 26,252 0,579 0,203 0,923 112 20,985 11,319 0,187 0,33 0,359 1,088 127 49,605 26,756 0,391 0,347 1,052 135 49,281 26,581 0,365 0,47 0,422 0,898 144 54,57 29,434 0,379 0,475 1,011 155 74,435 40,148 0,48

Hindernisse der Brennstoffzelle Tankstellennetz – Grosse Investitionen nötig Logistik- und Produktionsproblematik von H2 Speicherungsproblematik von H2 Forschungskosten (Werkstoffe teuer) Unterstützung der Umweltpolitik

Zukunftsaussichten Guter Wirkungsgrad macht Brennstoffzelle in diversen Gebieten interessant Serienmässiger Produktion in ca. 15 Jahren Optimierung von Wirkungsgraden und

Danksagungen Herr R. Stucki, Fachliche Betreuung Herr M. Zysset, Klassenlehrer Herr Dr. F. Büchi, PSI Villigen Herr Dr. A. Züttel, Uni Fribourg PanGas, BMW, Honda, Toyota, Schiess+Partner AG

Informationen und Arbeit unter: http://www.diebrennstoffzelle.ch.vu http://www.fuelcell.tk http://www.brennstoffzellen.tk