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Brennstoffzelle:
 
Das heiße Thema der kalten Verbrennung - Brennstoffzellen!

Brennstoffzellen sind hocheffiziente elektrochemische Stromerzeuger, die ohne den Umweg von Wärme durch Kraftstoffverbrennung, die im Brennstoff gespeicherte chemische Energie direkt in Elektrizität umwandelt.
 
 
© Bildungshaus Schulbuchverlage
Westermann Schroedel Diesterweg
Schöningh Winklers GmbH
Georg-Wetermann-Allee 66
38104 Braunschweig
Abbildung aus "Kraftfahrzeugtechnik",
Bestell-Nr.: 3-14-231800-3
 
 Wasserstoff dient als Brenngas, Sauerstoff als Oxidans. An der Anode wird das Brenngas oxidiert, dabei entstehen Protonen H+, die durch den Elektrolyten zur Kathode wandern, während die Elektronen im äußeren Stromkreis auf Grund der Potentialdifferenz von der Anode zur Kathode fließen. An der Kathode wird Sauerstoff unter Aufnahme von Elektronen reduziert und das Reaktionsprodukt Wasser ensteht.
 
Jede Brennstoffzelle enthält zwei Elektroden, die Anode, an der Brennstoff (vorzugsweise Wasserstoff) zugeführt wird, und die Kathode, an der das Oxidans, reiner Sauerstoff oder Luft zugeführt wird. Die Anode und die Kathode sind durch einen Elektrolyten getrennt, so dass bei jeder chemischen Reaktion der Elektronenaustausch nicht lokal, sondern über einen äußeren Stromkreis stattfindet. Strom wird direkt aus der chemischen Reaktion gewonnen und kann beliebig eingesetzt werden.

Brennstoffzellen erzeugen nur Gleichstrom. In der Regel wird ein DC/AC-Wandler oder eine entsprechende Leistungselektronik zur Ansteuerung eines Elektro-Motors nachgeschaltet.

Brennstoffzellen zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus, der nicht wie beim Verbrennungsmotor durch den Carnot-Prozess begrenzt ist. Bei Niedertemperatur-Brennstoffzellen, wie der Polymermembran-Brennstoffzelle (PEM), entstehen durch den Niedertemperaturprozess keine Schadstoffe wie z.B. Stickoxide oder Rußpartikel.
Brennstoffzellen können modular aufgebaut werden. Es lassen sich durch den Aufbau von 100 bis 200 Einzelzellen zu einem sog. Stack zusammenfassen, auch mit aufeinanderfolgenden Stackeinheiten. Leistungen von z.B. 50 kW bis zu mehreren 100 kW sind damit einfach zu realisieren.
 
Brennstoffzellentypen:
 
BrennstoffzelleTemperaturElektr. Wirkungsgrad 
der Zelle

Brenngas, Oxidans

AFC
Alkalische Brennstoffzelle

80° C

60-70 %

Nur reinster Wasserstoff 

reinster Sauerstoff
PEFC
Membran-Brennstoffzelle

80° C

50-68 %

Wasserstoff

Sauerstoff, Luft
DMFC
Direkt-Methanol-Brennstoffzelle

80° C -
130° C

20-30 %

MeOH

Sauerstoff, Luft
PAFC
Phosphorsäure
Brennstoffzelle

200° C

55 %

Wasserstoff

Sauerstoff, Luft
MCFC
Karbonatschmelz-Brennstoffzelle

650° C 

65 %

Erdgas, Kohlegas, Biogas, Wasserstoff

Sauerstoff, Luft
SOFC
Oxidkeramische-Brennstoffzelle

800° C - 
1000° C

60-65%

Erdgas, Kohlegas, Biogas, Wasserstoff

Sauerstoff, Luft










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