Aufbau einer Brennstoffzelle

Schematische Darstellung der Funktion einer Brennstoffzelle. Eine Brennstoffzelle besteht aus Elektroden, die durch eine Membran oder Elektrolyt (Ionenleiter) voneinander getrennt sind.

Die Elektrodenplatten/Bipolarplatten bestehen meist aus Metall oder Kohlenstoffnanoröhren. Sie sind mit einem Katalysator beschichtet, zum Beispiel mit Platin oder mit Palladium.

Als Elektrolyten können beispielsweise gelöste Laugen oder Säuren, Alkalicarbonatschmelzen, Keramiken oder Membranen dienen.

Die Energie liefert eine Reaktion von Sauerstoff mit dem Brennstoff, der Wasserstoff sein kann, jedoch ebenso aus organischen Verbindungen wie z.B. Methan und Methanol bestehen kann. Beide Reaktionspartner werden über die Elektroden kontinuierlich zugeführt. Die gelieferte Spannung liegt theoretisch bei 1,23 V für die Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle bei einer Temperatur von 25 °C.

In der Praxis werden jedoch nur Spannungen von 0,5–1 V (experimentell auch darüber) erreicht. Die Spannung ist vom Brennstoff, von der Qualität der Zelle und von der Temperatur abhängig. Um eine höhere Spannung zu erhalten, werden mehrere Zellen zu einem Stack (engl. für 'Stapel') in Reihe geschaltet. Unter Last bewirken die chemischen und elektrischen Prozesse ein Absinken der Spannung (nicht bei der Hochtemperatur-Schmelzkarbonatbrennstoffzelle, MCFC).

Bei der Niedertemperatur-Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC; oder Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC) ist der Aufbau wie folgt:

Bipolarplatte als Elektrode mit eingefräster Gaskanalstruktur, beispielsweise aus leitfähigen Kunststoffen (durch Zugabe zum Beispiel von Carbon-Nanoröhrchen elektrisch leitend gemacht);poröse Carbon-Papiere; Reaktivschicht, meist auf die Ionomermembran aufgebracht. Hier stehen die vier Phasen Katalysator (Pt), Elektronenleiter (Ruß oder Carbon-Nanomaterialien), Protonenleiter (Ionomer) und Porosität miteinander in Kontakt;protonenleitende Ionomermembran: gasdicht und nicht elektronenleitend.

Reversible Brennstoffzelle

Eine Weiterentwicklung der herkömmlichen Polymerelektrolytbrennstoffzellen auf Wasserstoff-Sauerstoff-Basis ist die Reversible Brennstoffzelle (en. reversible fuel cell, RFC), die ursprünglich aus der Kombination einer Wasserstoff-Brennstoffzelle mit einem Elektrolyseur bestand. Neuere Modelle kombinieren den Verbrennungs- und den Elektrolyse-Prozess, um Gewicht zu sparen und die Komplexität zu vermindern. Damit eignen sich reversible Brennstoffzellen als Energiespeicher und zum Einsatz etwa als Akkumulator.

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Heizen mit der Brennstoffzelle mit Einsatz von Wasserstoff

Brennstoff: Wasserstoff

25. Februar 2010

Brennstoffzelle ins Haus und Strom und Wärme direkt im Eigenheim produzieren. Schon seit vielen Jahren läuft die Sanduhr und wir dürfen darauf gespannt sein wer das Rennen macht. Jüngst ist ein Forschungsprogramm der Bundesregierung damit beschäftigt, der bislang größte Praxistest läuft in Woltersdorf.

Schon im Jahre 2002 lief eine von der Remscheider Vaillant GmbH in NRW installierte Brennstoffzelle. Nach dreijähriger Laborarbeit mit 300.000 Betriebsstunden und der ersten TÜV- und CE-Zertifizierung in Europa war die Vaillant-Brennstoffzellenheizung für breite Feldtests bereit, so der Bericht von Vaillant aus dem Jahre 2002.

• StationärerEinsatz
• Betriebsweise
• Reformer
• Brennstoffzellenfahrzeug
• Luftfahrt
• Raumfahrt
• Schifffahrt

Anwendungsmöglichkeiten

Die ersten Anwendungen von Brennstoffzellen ergaben sich in Bereichen wie Militär und Raumfahrt, in denen die Kosten eine sehr geringe Rolle spielten und die spezifischen Vorteile die Kosten-Vorteile der Dieselgeneratoren überwogen.

Nutzung Erneuerbare Energien als Ausweg aus der Klimaerwärmung

Als erneuerbare Energien oder auch regenerative Energien, bezeichnet man Energie die aus Quellen geschöpft werden, die sich entweder kurzfristig von selbst erneuern oder deren Nutzung nicht zur Erschöpfung der Quelle beiträgt.

Im Gegensatz zu den Energieträgern Erdöl, Kohle, Erdgas und Uran, sind Sonne, Erdwärme, Wind, Wasser und Bioenergie Energiequellen die nahezu unerschöpflich sind.

Die Nutzung von erneuerbaren Energieträgern ist umwelt- und  klimafreundlich und schont unsere Ressourcen.

Die Nutzung von Öl, Kohle und Gas kann nicht ewig weiter gehen. Selbst die Experten können nicht mit Gewissheit sagen, dass wir noch Ölvorräte für die nächsten 15 Jahre haben. Außerdem wird bei der Verbrennung dieser fossilen Energieträgern schädliches Treibhausgas in die Umwelt abgegeben.

Die Nutzung erneuerbaren Energien und das Weiterentwickeln zukunftsweisender Technik, ist also nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen interessant, sondern auch für unsere Umwelt unabdingbar. Im Jahre 2009 wurde durch die Nutzung der erneuerbaren Energien in Deutschland die Freisetzung von 107 Mio. t des klimaschädlichen CO2 vermieden.

Broschüre vom Bundesamt für Umwelt: "2009-Erneuerbare Energien in Zahlen!