Aufbau und Funktionsweise der Brennstoffzelle

Der Brennstoffzelle Aufbau ist entscheidend für ihre Funktion als Energiewandler. Eine typische Brennstoffzelle besteht aus folgenden Hauptkomponenten:

1. Zwei Elektroden (meist aus Graphit oder Platin)
2. Ein Elektrolyt, der die Elektroden trennt
3. Zuführungen für Brennstoff (meist Wasserstoff) und Oxidationsmittel (Sauerstoff)

Vocabulary: Elektrolyt - Eine Substanz, die in gelöster oder geschmolzener Form Ionen enthält und dadurch elektrisch leitfähig ist.

Wie funktionieren Brennstoffzellen? Am Beispiel einer Sauerstoff-Wasserstoff-Brennstoffzelle, genauer einer PEM-Brennstoffzelle (Polymerelektrolytbrennstoffzelle), lässt sich die Funktionsweise gut erklären:

1. An der Anode wird Wasserstoff zugeführt und zu Protonen oxidiert.
2. An der Kathode wird Sauerstoff zugeführt (als Luft oder reiner Sauerstoff).
3. Die Protonen wandern durch die protonendurchlässige Polymermembran zur Kathode.
4. An der Kathode reagieren die Protonen mit reduziertem Sauerstoff und Elektronen zu Wasser.

Definition: Eine PEM-Brennstoffzelle ist ein Typ von Brennstoffzelle, der eine protonenleitende Polymermembran als Elektrolyt verwendet.

Für einen kontinuierlichen Betrieb müssen ständig Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt werden. Die Brennstoffzelle Funktion basiert auf der kontrollierten elektrochemischen Reaktion dieser Gase, wobei elektrische Energie und Wasser als Nebenprodukt entstehen.

Highlight: Die PEM-Brennstoffzelle zeichnet sich durch einen hohen elektrischen Wirkungsgrad und einen hohen Gesamtwirkungsgrad aus, da sie gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt.

Überblick und Geschichte der Brennstoffzelle

Die Entwicklung der Brennstoffzelle begann bereits 1838 mit der Entdeckung des Prinzips durch Christian Friedrich Schönbein und Sir William Grove. Obwohl das Potenzial früh erkannt wurde, dauerte es bis in die 1960er Jahre, bis Brennstoffzellen erstmals praktisch in der Raumfahrt eingesetzt wurden.

Definition: Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die durch kontinuierliche Zufuhr von Oxidations- und Reduktionsmitteln chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt.

Highlight: Brennstoffzellen können Energie nur umwandeln, nicht speichern.

Die Geschichte der Brennstoffzelle ist geprägt von wichtigen Meilensteinen:

• 1838: Entdeckung des Prinzips durch Schönbein und Grove
• 1875: Jules Verne prophezeit die Bedeutung von Wasserstoff für die Energieversorgung
• 1887: Wilhelm Oswald treibt die theoretische Entwicklung voran
• 1963: Erster Einsatz in der Raumfahrt bei der Gemini-Mission

Quote: Jules Verne schrieb 1875: "Das Wasser ist die Kohle der Zukunft. Die Energie von morgen ist das Wasser, dass durch Strom zerlegt worden ist."

Wo werden Brennstoffzellen eingesetzt? Die Einsatzgebiete sind vielfältig und umfassen:

• Raumfahrt
• Schifffahrt
• Luftverkehr
• Schienenverkehr
• Fahrzeuge (Autos, Busse)
• Flurförderfahrzeuge
• Brennstoffzellenheizungen