Die klassische Brennstoffzelle
Gliederung Allgemeines Geschichte Grundlegendes Chemische Reaktion
Allgemeines Galvanische Zelle Brennstoff und Oxidationsmittel in elektr. Energie meist für Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Ein Wandler -> kein Speicher Verbrennungskraftmaschine ( »kalte Verbrennung« ) ohne die Umwandlung in Wärme und Kraft Dadurch potenziell effizienter als Wärmekraftmaschinen durch Oxidation einer oxidierbaren Substanz (H2 (g) ) mit einem Oxidationsmittel (O2 (g) ) chemische Energie in elektrische Energie
Geschichte 1838 von Christian Friedrich Schönbein 1839 vertieft durch Sir William Grove In Vergessenheit geraten wegen der Dynamomaschine Renaissance ab 1950er wegen Raumfahrt Bald flächendeckende Einsetzung in Island Momentan leistungsfähigste Zelle im Forschungszentrum Jülich
Grundlegendes bestehend aus Elektroden getrennt durch Membran oder Elektrolyt Elektrodenplatten bestehen meist aus Metall mit Katalysator beschichtet (Pt oder Pd) als Elektrolyten: gelöste Laugen oder Säuren Energie durch Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff Spannung von Brennstoff, Zelle und Temperatur abhängig höhere Spannungen durch Stacks
Grundlegendes Teil 2 Typ Beschreibung Leistung Wirkungsgrad Stand der Technik Kosten €/kWe PEFC 70 °C, fester Elektrolyt 250 kW 35 % Feldtest <10.000 PAFC 250 °C 200 kW 38 % Serie >5.000 MCFC 650 °C, für stationäre Anwendung 280 kW 48 % <8.000 SOFC 900 °C, für stationäre Anwendung 100 kW 47 % 20.000 Typ Leistung Wirkungsgrad Kosten €/kW Konventionelle KWK bis 100 kWe 25 % (el.) 1000 konventionelle KWK ab 1000 kWe 35 % (el.) < 500 Stadtbus (Diesel) 300 kW 30 % < 275 LKW, Reisebus 500 kW < 100 Gasturbinen 1 kW - 300 MW 25-46 % ? Quelle: Wikipedia
Chemische Reaktion 2 H2 + O2 2 H2O (nach 1838 „kalte Verbrennung“) Klassische Brennstoffzellen wurden zu PEMFC (Polymer Electolyte Membrane Fuel Cell) oder PEFC (für Proton Exchange Membrane Fuel Cell) weiterentwickelt und sind saure Elektrolyten. Saurer Elektrolyt Gleichung Anode Oxidation / Elektronenabgabe Kathode Reduktion / Elektronenaufnahme Gesamtreaktion Redoxreaktion / Zellreaktion