Brennstoffzelle
Um den Grünen Wasserstoff als Energieträger nutzen zu können, muss seine chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden. Dafür kommen Brennstoffzellen zum Einsatz, deren Funktion, Aufbau und Arten im Folgenden erklärt werden.
Was ist eine Brennstoffzelle?
Eine Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie von Wasserstoff direkt in elektrische Energie und Wärme um. Die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff in der Brennstoffzelle ermöglicht eine emissionsfreie Stromerzeugung, da als Reaktionsprodukt hauptsächlich Wasser entsteht.
Aufbau einer Brennstoffzelle
Eine Brennstoffzelle besteht aus einem Verbund mehrerer Zellen, die zu einem sogenannten Stack (Stapel) zusammengefasst sind. Jede Zelle enthält eine Anode, eine Kathode und einen Elektrolyten zwischen den Elektroden. Katalysatoren und Diffusionsschichten sorgen zusätzlich dafür, dass die Reaktionsgase zu den Elektroden gelangen.
Funktion einer Brennstoffzelle
1. Wasserstoff wird an der Anode zugeführt.
2. Dort wird er in Protonen und Elektronen aufgespalten.
3. Die aufgespaltenen Elektronen fließen über einen äußeren Stromkreis und erzeugen elektrischen Strom.
4. Die Protonen wandern durch den Elektrolyten zur Kathode.
5. An der Kathode reagieren Protonen und Elektronen mit Sauerstoff zu Wasser.
Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle
Der Wirkungsgrad einer modernen Brennstoffzelle liegt bei circa 60%. Damit nutzen sie die im Wasserstoff gespeicherte Energie deutlich effizienter als zum Beispiel der moderne Ottomotor (circa 24%).
Arten von Brennstoffzellen
Es gibt derzeit sechs verschiedene Brennstoffzellentypen, die sich durch ihren Elektrolyten und Betriebstemperatur unterscheiden. Dabei werden diese sechs Typen in die zwei Kategorien Niedertemperaturbrennstoffzellen und Mittel- und Hochtemperaturbrennstoffzellen unterteilt. Zu den Niedertemperaturbrennstoffzellen gehören die Alkalische Brennstoffzelle (AFC), die Membran-Brennstoffzelle (PEM) und die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC). Die Phosphorsäure-Brennstoffzelle (PAFC), die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC) und die oxidkeramische Brennstoffzelle (SOFC) hingegen ordnet man den Mittel- und Hochtemperaturbrennstoffzellen zu.
Da die Technologie kontinuierlich weiterentwickelt wird, ist davon auszugehen, dass Brennstoffzellen künftig in vielen Bereichen der Energieversorgung und Mobilität an Bedeutung gewinnen werden.
Informieren Sie sich gerne weiter unter https://www.tuev-nord.de/de/wissen/wasserstoff-brennstoffzelle/.
Zudem können wir folgendes Video zur Erklärung der Brennstoffzelle empfehlen: