GTI2, Kapitel 8, Brennstoffzellen
GTI2, Kapitel 8, Brennstoffzellen
GTI2, Kapitel 8, Brennstoffzellen
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Cartes-fiches
Welchen Vorteil hat eine Brennstoffzelle gegenüber eines konventionellen Kraftwerks bezüg- lich der Energieumwandlung?
Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie eines Brennstoffes (z.B. Erdgas, Wasserstoff) durch einen elektrochemischen Prozess direkt in elektrische Energie und Wärme um.
Von wem und wann wurde die Brennstoffzelle erfunden?
Von Sir William Robert Grove
Für was wurden die Brennstoffzellen Mitte der Fünfziger Jahre eingesetzt?
Für die Raumfahrt (Gemini und Appolo Programm)
Beschreiben Sie den Aufbau einer Brennstoffzelle!
Eine Brennstoffzelle besteht aus drei übereinander liegenden Schichten. Die erste Schicht ist die Brenn- stoffelektrode (Anode), die zweite ist der ionenleitende Elektrolyt und die dritte die Sauerstoffelektrode (Kathode). Die beiden Elektroden bestehen grundsätzlich aus einer elektronenleitenden Phase. Eine Brennstoffzelle erzeugt eine Spannung von ca. 1,23 V.
Welche Aufgabe übernimmt der Elektrolyt in der Brennstoffzelle?
Er lässt nur Wasserstoffionen in einer Richtung passieren.
Welche ungefähre Spannung erzeugt eine einzelne Brennstoffzelle?
ca. 1.23 Volt
Warum werden einzelne Brennstoffzellen in einem "Stack" gebündelt?
Um eine höhere Spannung zu erhalten.
Erklären Sie die Funktionsweise einer Brennstoffzelle!
Die BZ ist ein elektrochemischer Energiewandler. Sie besteht aus zwei Elektroden (Anode und Kathode) die durch einen Elektrolyten räumlich voneinander getrennt sind. Der Elektrolyt ist undurchlässig für Ga- se, leitet aber Ionen. Der Anode wird Wasserstoff (H2), der Kathode Sauerstoff (O) zugeführt. Bei der Reaktion beider Gase entsteht zwischen den Elektroden eine Spannung die in einem angeschlossenen Verbraucher eine Spannung hervorruft.
Gleichzeitig entsteht Wärme, die ebenfalls genutzt werden kann. Als Reaktionsprodukt fällt Wasser an.
Nach was werden die einzelnen Brennstoffzellentypen eingeteilt?
Nach der Betriebstemperatur und zwar:
Niedertemperatur-BZ >> bis ca. 220°
Hochtemperatur-BZ >> 650°C – 1’000°C
In der Raumfahrt wird welcher Brennstoffzellentyp eingesetzt?
FC Alkalische BZ (FC = Fuel Cell)
Zählen Sie Niedertemperaturbrennstoffzellen auf!
AFC / PAFC / PEMFC
Zählen Sie Hochtemperaturbrennstoffzellen auf!
MCFC / SOFC
Zählen Sie Brennstoffe für Brennstoffzellen auf!
Wasserstoff (direkte Zuführung) oder mittels eines vorgeschalteten Reformers betrieben mit Erdgas, Synthesegas, Biogas, Kohle, Mathanol, Benzin/Diesel
Ist Wasserstoff ein in der Natur vorkommender Primärenergieträger?
Nein, Wasserstoff muss mit hohem Energieaufwand erzeugt werden, da er kein in der Natur vorkom- mender Primärenergieträger ist.
Zählen Sie Einsatzgebiete von Brennstoffzellen auf!
- stationärer Bereich für Strom- und Wärmeerzeugung, - mobiler Bereich zum Antrieb von Fahrzeugen,
- portabler Bereich für die Stromversorgung von tragbaren Geräten
Zählen Sie Vorteile von Brennstoffzellen auf!
schadstoffarm, keine bewegten Teile, vibrationsfrei, wartungsarm, geräuscharm, hoher Wirkungsgrad, hohe Stromkennzahl, modularer Aufbau, kein Getriebe, kontinuierliche Leistungsabgabe, grosses Ent- wicklungspotential
Zählen Sie Nachteile von Brennstoffzellen auf!
Technik nicht ausgereift, hohe Kosten, hohe Verluste wenn Reformer vorgeschaltet, hohe Empfindlich- keit bei Kraftstoffunreinheiten, hoher Regelungsaufwand, hohe Herstellkosten für den Kraftstoff Wasser- stoff, fehlende Infrastruktur für Kraftstoff
