Die Brennstoffzelle Geschichte Aufladung Funktion Fahrbetrieb

Präsentation zum Thema: "Die Brennstoffzelle Geschichte Aufladung Funktion Fahrbetrieb"—  Präsentation transkript:

1 Die Brennstoffzelle Geschichte Aufladung Funktion Fahrbetrieb
Problematik des Serieneinsatzes Weitere Anwendungen der Brennstoffzelle

2 Sir William Robert Grove (Bild: Kosmos)
Die historische Entwicklung der Brennstoffzelle: Die Entwicklung der Brennstoffzelle wird dem englischen Physiker William Grove ( ) zugeschrieben. Bereits im Jahre 1839 baute er in seinem Labor eine „Gaskette“ bei der Wasser zuerst in Sauerstoff und Wasserstoff getrennt wurde. Beim Zusammenführen der beiden Gase entstand neben Wasser auch Elektrizität. Grove erkannte auch, dass diese Vorgänge umkehrbar waren. Aufgrund von technischen Problemen bei der Herstellung sowie der Haltbarkeit der Materialien und der Kosten geriet die Brennstoffzelle jedoch in Vergessenheit. Erst in unserem Jahrhundert wurde sie für den Einsatz in Unterseeboten und Raumfahrzeugen wiederentdeckt. a): Brennstoffzelle 1839 b): Gaskette (Bild: Kosmos) WEB-Info

3 Hier klicken um die Brennstoffzelle unseres Versuchsautos im Detail zu sehen!
WEB-Info WEB-Info WEB-Info (Bild: sbz-monteur) 2H2 2H2 4H+ + 4e- O2 + 4H+ + 4e- 2H2O Der Wasserstoff gibt Elektronen ab Elektronenüberschuss, an der Anode, weil die Protonen ( H+) durch die Membrane wandern! (Diffusion) Der Sauerstoff verbindet sich mit den Wasserstoffprotonen und den Elektronen zu reinem Wasser ( = „kalte Verbrennung“) Membrane aus Kunststoff-Folie Lässt Wasserstoff-Protonen (H+) durch, aber nicht Sauerstoffatome (O2)

4 Beachte die Sicherheitshinweise!
Die Brennstoffzelle mit Solarenergie aufladen: (Bild: Kosmos) Beachte die Sicherheitshinweise!

5 (Bild: Kosmos)

6 Die Brennstoffzelle im Fahrbetrieb!
Entferne die Solarzelle! b) Bocke das Fahrzeug auf einem Radiergummi o.ä. auf! (Bild: Kosmos) c) Schließe den Elektromotor an!  er muss sofort zu laufen beginnen! weitere Informationen zum Brennstofzellen-Êxperimentierfahrzeug findet man hier! (Bild: Kosmos)

7 (Bild: Kosmos)

8 Wasserstofferzeugung:
Hohe elektrische Energie für Elektrolyse notwendig (Kernkraftwerke usw.) Bei Erzeugung aus Methanol o.ä. entsteht durch den Reformer CO2 Lagerung und Betankung: Derzeit fehlt noch ein ausreichend flächendeckendes Tankstellen-Netz Für eine entsprechende Reichweite muss der Wasserstoff im Fahrzeugtank lange flüssig gelagert sein. Dafür sind hohe Drücke (neue Konzepte bis ca. 700bar) und sehr tiefe Temperaturen (ca. -254°C) notwendig. Um die Wärmeaufnahme und damit den Druckanstieg im Tank über die Zeit gering zu halten, benötigt man teure „Super-Isolationen“: 1cm dickes Material wirkt wie 7m dickes Styropor! Bei Unfällen oder Undichtigkeiten tritt Wasserstoff als leichtentzündliches, hochexplosives Gas aus dem Tank Kaltstart der Brennstoffzelle Bei niedrigen Außentemperaturen kann das Wasser in der Brennstoffzelle gefrieren und diese somit zerstören. Geeignete Vorwärmkonzepte erlauben heute einen Betrieb bis ca. -25°C, ähnlich wie bei Diesel-Fahrzeugen

9 Weitere Anwendungen der Brennstoffzelle:
Brennstoffzellenautos Raumfahrt Haustechnik Portable Stromversorgung

10 Gemini-Raumkapsel (1961) Die Brennstoffzelle befindet sich unter dem Sitz. Der Wassertoff ist in den Tanks des Versogungs-moduls gespei-chert, das vor dem Wiederein-tritt in die Erdatmosphäre abgetrennt wurde WEB-Info (Bild: NASA, beyondapollo.blogspot.com )

11 Brennstoffzelle der Gemini Leistung: 1kW Maße: 30cm, 60cm lang
Rechts: Roy Mushrush, General Electrics-Manager vor der Gemini-BZ Unten: 1: Brennstoffzelle 2: Wasserstofftank 3: Sauerstofftank 4: Sitz (Bild: Dr. Schmitd-Walter FH-Darmstadt) 2 4 Brennstoffzelle der Gemini Leistung: 1kW Maße: 30cm, 60cm lang Gewicht: 66kg, 32 Zellen Spannung: 22 – 30V Wassererzeugung.: 0,6 L Trinkwasser pro Kilowattstunde 3 1 (Bilder: NASA) (Bild: Kosmos)

12 Space Shuttle (1981 - 2011) (Bild: columbiassacrifice.com, NASA)
WEB-Info (Bild: columbiassacrifice.com, NASA) Das Shuttle verfügt über drei Brennstoffzellen. Jede Zelle hat eine Leistung von 7 kW nominal und 12 kW maximal (kurzzeitig). Das Gewicht einer BZ beträgt. Die Leistung kann zwischen 2 und 12 kW variiert werden. Wasserstoff und Sauerstoff werden in separaten Tanks mitgeführt. Das entstehende Wasser kann dem Lebenserhaltungssystem zugeführt werden. (Bild: innovations-report )

13 Links: Vailant-Wärmeerzeuger
Die BZH wird an das Erdgasnetz angeschlossen und setzt damit auf einen umweltschonenden Energieträger. Ein Reformer im BZH wandelt das Erdgas zu Kohlendioxid und Wasserstoff um, der in der Brennstoffzelle mit Luftsauerstoff bei einer geräuschlos ablaufenden "kalten Verbrennung" zu reinem Wasser reagiert. Dabei erzeugt die Brennstoffzelle Gleichstrom und Wärme. Beides wird unmittelbar im Gebäude genutzt oben: Blockheizkraftwerk mit Brennstoffzelle: Typ: PEM-Brennstoffzelle Leistung: 7 kW Dient zur Strom- und Wärmegewinnung für ein Einfamilienhaus (idealisiert)! (Bild: Universität Leipzig ) WEB-Info Links: Vailant-Wärmeerzeuger (Bild: Vailant )

14 Laptop-Akku: Betrieb ca Stunden Streifenmembran-BZ Aufladung mit Elektrolyseur (Gasbefüller) (Bild:bhkw-infozentrum) (Bilder: EFOY, WEBASTO ) USB-Akku: Prototyp zur unabhängigen Stromversorgung von Elektrokleingeräten über USB Portable Brennstoffzelle: 90W, 180Ah (2200Wh) bei 12V Wird mit Methanol (Wechsel-Kanister) betrieben Nutzbar z.B. für Wohnmobile, Boote… (Bilder: mtimicrofuelcells.com) Hier klicken um weitere Anwendungen der Brennstoffzelle in der Technik zu sehen!

15 Strategische Vorteile durch die Brennstoffzelle:
Deutsche Marine U-Boot-Klasse 212A (Bild: diebrennstoffzelle.de) WEB-Info Technische Daten: Maße: (Länge / Breite /Tiefgang): 56m / 7,0m / 6,0m Höhe über Zentralaufbau: 11,5m Einsatzverdrängung: t Überwasser, t getaucht Antrieb: Brennstoffzelle/Batterien (außenluftunabhängig); kW Geschwindigkeit: 12 kn über Wasser, 20 kn getaucht Besatzung: 27 Mann Druckkörper: antimagnetischer Stahl Fahrmotor: Permasyn-Motor Brennstoffzellenanlage: 9 Module Fahrbatterie: Spannungshub V Geräuscharmer Skew-Back-Propeller Quelle: (Bild: U 31 verlässt seinen Heimathafen in Eckernförde (Quelle: © 2010 Bundeswehr / Thomas Lerdo/Außenstelle Kiel)) WEB-Info Strategische Vorteile durch die Brennstoffzelle: Kein Batterieaufladen über Dieselmotor – keine Geräuschortung Wegen der geringen Abwärme (max. 80°C) keine Wärmeortung Max. Tauchzeit : 30 Tage!

16 Mercedes-Benz NECAR 4 F-Cell BZ im Fahrzeugboden verbaut,
55kW Elektromotor, Reichweite ca. 450km mit einer Tankfüllung Flüssigwasserstoff (Bild: Mercedes-Benz ) WEB-Info (Besitzt sehr hochwertige und deshalb teure Brennstoffzellenbauform!) NECAR 3/5 - Modelle fahren mit Methanol, ein Reformer erzeugt daraus den Wasserstoff für die Brennstoffzelle!

17 Weiterentwicklung für Serienverkauf:
Daimler-Chrysler: NEBUS New Electric Bus WEB-Info (Bilder: Mercedes-Benz ) BZ im Fahrzeugboden verbaut, Wasserstofftanks im Dach, Einsatz als Testwagen Weiterentwicklung für Serienverkauf: „CITARO“-Stadtbusse, Großversuch in ausgewählten Städten seit 2000! WEB-Info Ähnliche Modellvarianten auch von MAN: Großprojekte auf Flughäfen und in Großstädten (z.B. USA, FJS-München u.a.) WEB-Info (Bild: MAN)

18 BMW 745h Wasserstoff-Hubkolben-Motor
WEB-Info WEB-Info Wasserstoff-Hubkolben-Motor Kann wahlweise mit H2 oder Benzin betrieben werden BZ als Stromversorgung für Aggregate wie Standklimaanlage u.ä. Nicht größer als herkömmliche Batterie (Bild: diebrennstoffzelle.de) Spezialtank für Flüssigwasserstoff hält Temperatur (und Gas) über mehrere Tage! Dazu ist eine Isolationstechnik aus der Raumfahrt verwendet worden. Sie entspricht einer 17m dicken Styropor-Isolation!

19 Fast alle großen Pkw-Hersteller arbeiten derzeit an Entwicklungen mit Brennstoffzellen!
Hier klicken um eine Liste weiterer Fahrzeugkonzepte mit Brennstoffzellen im Web zu betrachten z.B.: Opel „HydroGen3“: Motor: 60kw / 215Nm 150km/h Höchstgeschwindigkeit 400km Reichweite oder Toyota „RAV 4“: erreicht mit einer Tankfüllung eine Reichweite von 830 km Neu entwickelter 700 bar Hochdruck-Wasserstofftank BZ arbeitet selbst bei –30º C absolut zuverlässig Weitere Links zur Brennstoffzelle im Web: