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Physik

Redoxgleichgewichte

Elektrolyse und elektrochemische energiequellen

Zersetzungsspannung bei der elektrolyse

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle? Aufbau, Vor- und Nachteile, Reaktionsgleichung

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

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Wie funktioniert eine Brennstoffzelle? Aufbau, Vor- und Nachteile, Reaktionsgleichung

Jens Torben Koblau

@jenstorbenkoblau_5a8cff

226 Follower

Die Brennstoffzelle ist ein innovativer Energiewandler, der chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt. Sie findet Anwendung in verschiedenen Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Straßenverkehr sowie stationären und mobilen Anwendungen. Der Aufbau einer Brennstoffzelle besteht aus Anode, Kathode und Elektrolytmembran, wobei Wasserstoff und Sauerstoff als Reaktanten dienen. Brennstoffzellenfahrzeuge bieten Vorteile wie Emissionsfreiheit und Geräuscharmut, stehen aber auch vor Herausforderungen wie der Wasserstoffherstellung und Infrastruktur.

8.4.2020

2707

Die
Brennstoffzelle ●
●
●
●
●
Allgemeines
Aufbau
Gliederung
Reaktionsgleichung
Brennstoffzellenfahrzeuge: Vor- und Nachteile
Quellen
Cell
O

Alkalische Brennstoffzelle

Die alkalische Brennstoffzelle unterscheidet sich in ihrer Reaktionsgleichung von der sauren Variante:

Anode: 2 H₂ + 4 OH⁻ → 4 H₂O + 4e⁻ Kathode: O₂ + 2 H₂O + 4e⁻ → 4 OH⁻ Gesamtreaktion: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

Definition: Die alkalische Brennstoffzelle verwendet einen basischen Elektrolyten, was zu einer anderen Ionenbewegung im Vergleich zur sauren Brennstoffzelle führt.

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Allgemeines zur Brennstoffzelle

Die Funktionsweise der Brennstoffzelle basiert auf dem Prinzip einer galvanischen Zelle. Sie wandelt kontinuierlich chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um, wobei ständig Brennstoff und Oxidationsmittel zugeführt werden müssen.

Vocabulary: Galvanische Zelle - Ein elektrochemisches System zur Umwandlung chemischer in elektrische Energie.

Die am häufigsten verwendete Form ist die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle. Daneben gibt es auch spezielle Typen wie die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC).

Example: Brennstoffzellen finden Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, im Straßenverkehr sowie in stationären und mobilen Bereichen.

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Reaktionsgleichung der Brennstoffzelle

Die Brennstoffzellen-Reaktionsgleichung beschreibt die chemischen Vorgänge innerhalb der Zelle. Bei der sauren Brennstoffzelle laufen folgende Reaktionen ab:

Anode: 2 H₂ → 4 H⁺ + 4e⁻ Kathode: O₂ + 4 H⁺ + 4e⁻ → 2 H₂O Gesamtreaktion: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

Highlight: Die Gesamtreaktion zeigt, dass das einzige Nebenprodukt Wasser ist, was die Umweltfreundlichkeit der Brennstoffzelle unterstreicht.

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Zukunftsperspektiven und Forschung

Die Forschung an Brennstoffzellen und deren Anwendungen schreitet stetig voran. Insbesondere im Bereich der Automobilindustrie wird intensiv an der Verbesserung der Technologie gearbeitet.

Quote: "Die Brennstoffzelle könnte eine Schlüsselrolle in der zukünftigen Energieversorgung spielen, insbesondere im Transportsektor."

Weitere Forschungsgebiete umfassen die Optimierung der PEM-Brennstoffzelle und die Entwicklung neuer Materialien für Anode und Kathode, um die Effizienz und Langlebigkeit zu verbessern.

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Aufbau einer Brennstoffzelle

Der Brennstoffzellen-Aufbau besteht aus drei Hauptkomponenten:

Anode
Kathode
Elektrolytmembran

An der Anode wird Wasserstoff zugeführt, während an der Kathode Sauerstoff oder Luft einströmt. Die Elektrolytmembran trennt die beiden Elektroden und ermöglicht den Ionentransport.

Definition: Die Elektrolytmembran ist eine semipermeable Schicht, die Protonen durchlässt, aber für Elektronen undurchlässig ist.

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Vor- und Nachteile von Brennstoffzellenfahrzeugen

Brennstoffzellenfahrzeuge bieten einige bedeutende Vorteile:

Geräuscharmer und emissionsfreier Betrieb
Alternative zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren
Schonung fossiler Energiequellen

Es gibt jedoch auch Herausforderungen:

Hoher Energieaufwand bei der Herstellung von flüssigem Wasserstoff
Unzureichende Infrastruktur für die Brennstoffversorgung

Highlight: Der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen ist im Vergleich zu Verbrennungsmotoren deutlich höher, was sie zu einer effizienten Antriebsalternative macht.

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Die Brennstoffzelle: Grundlagen und Anwendungen

Die Brennstoffzelle ist eine zukunftsweisende Technologie zur umweltfreundlichen Energieerzeugung. Sie wandelt chemische Energie direkt in elektrische Energie um und findet in verschiedenen Bereichen Anwendung.

Highlight: Die Brennstoffzelle ist ein Energiewandler, kein Energiespeicher.

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Alkalische Brennstoffzelle

Die alkalische Brennstoffzelle unterscheidet sich in ihrer Reaktionsgleichung von der sauren Variante:

Anode: 2 H₂ + 4 OH⁻ → 4 H₂O + 4e⁻ Kathode: O₂ + 2 H₂O + 4e⁻ → 4 OH⁻ Gesamtreaktion: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

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Allgemeines zur Brennstoffzelle

Vocabulary: Galvanische Zelle - Ein elektrochemisches System zur Umwandlung chemischer in elektrische Energie.

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Reaktionsgleichung der Brennstoffzelle

Die Brennstoffzellen-Reaktionsgleichung beschreibt die chemischen Vorgänge innerhalb der Zelle. Bei der sauren Brennstoffzelle laufen folgende Reaktionen ab:

Anode: 2 H₂ → 4 H⁺ + 4e⁻ Kathode: O₂ + 4 H⁺ + 4e⁻ → 2 H₂O Gesamtreaktion: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

Highlight: Die Gesamtreaktion zeigt, dass das einzige Nebenprodukt Wasser ist, was die Umweltfreundlichkeit der Brennstoffzelle unterstreicht.

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Zukunftsperspektiven und Forschung

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Quote: "Die Brennstoffzelle könnte eine Schlüsselrolle in der zukünftigen Energieversorgung spielen, insbesondere im Transportsektor."

Weitere Forschungsgebiete umfassen die Optimierung der PEM-Brennstoffzelle und die Entwicklung neuer Materialien für Anode und Kathode, um die Effizienz und Langlebigkeit zu verbessern.

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Aufbau einer Brennstoffzelle

Der Brennstoffzellen-Aufbau besteht aus drei Hauptkomponenten:

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Elektrolytmembran

An der Anode wird Wasserstoff zugeführt, während an der Kathode Sauerstoff oder Luft einströmt. Die Elektrolytmembran trennt die beiden Elektroden und ermöglicht den Ionentransport.

Definition: Die Elektrolytmembran ist eine semipermeable Schicht, die Protonen durchlässt, aber für Elektronen undurchlässig ist.

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Vor- und Nachteile von Brennstoffzellenfahrzeugen

Brennstoffzellenfahrzeuge bieten einige bedeutende Vorteile:

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Alternative zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren
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Es gibt jedoch auch Herausforderungen:

Hoher Energieaufwand bei der Herstellung von flüssigem Wasserstoff
Unzureichende Infrastruktur für die Brennstoffversorgung

Highlight: Der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen ist im Vergleich zu Verbrennungsmotoren deutlich höher, was sie zu einer effizienten Antriebsalternative macht.