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Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Alle Arten von Brennstoffzellen benötigen einen Brennstoff, der mit Sauerstoff reagiert und dabei die im Brennstoff gespeicherte chemische Energie freisetzt. Diese Energiefreisetzung geschieht allerdings nicht in Form von Wärme sondern als elektrische Energie. Die dabei frei werdenden Elektronen werden durch einen externen Stromkreislauf zum Verbraucher übertragen und stellen somit elektrische Energie zur Verfügung.

Verglichen mit herkömmlichen Kraftwerken, in denen die Wärme der Kraftstoffverbrennung durch mechanische Mittel (Generatoren) in Elektrizität umgewandelt wird, wird in Brennstoffzellen, durch den Wegfall dieser Umwandlung, ein großer Teil der dabei entstehenden Energieverluste vermieden.

Obwohl die Brennstoffzelle im Prinzip einfach aufgebaut ist, ist es eine Herausforderung, Materialien mit den richtigen Eigenschaften zu finden, die im Stande sind, Brennstoff und Sauerstoff in nützliche Elektrizität umzuwandeln. Sind die richtigen Materialien gefunden, besteht die nächste Schwierigkeit darin, sie in die erforderliche Form zu bringen, oder sicherzustellen, dass die gebauten Geräte robust sind und über eine hohe Lebensdauer verfügen.

Funktionsprinzip

Aufbau einer SOFC-Brennstoffzelle

Auf der Anodenseite strömt der Brennstoff, auf der Kathodenseite Luft. Der Sauerstoff der Luft wird ionisiert und kann dann durch die Membran ("Elektrolyt") hindurch treten. Bei dem Festoxid-Elektrolyten (Solid Oxide Electrolyte) ist dies erst bei Temperaturen ab 600 Grad Celsius möglich. Mit Wasserstoff als Brennstoff verbindet sich der Sauerstoff mit dem Wasserstoff zu Wasser: eine effiziente Umwandlung ohne Verbrennung und schädliche Abgase. Mit Methan oder methanhaltigen Brennstoffen, wie Erd-, Bio- oder Grubengas, wird Kohlendioxid abgegeben, allerdings erheblich weniger als bei der konventionellen Stromerzeugung.


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