Physik.

Brennstoffzellen.

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PEM → Proton Exchange Membrane;
Membran, die Anode und Kathode trennt, aber Wasserstoffionen [H+] hindurchlässt

Prinzip einer PEM-Brennstoffzelle.

  • benötigt Wasserstoff [der "Brennstoff"] und Luftsauerstoff
  • arbeitet bei ca. 80°C
  • an der Anode werden Wasserstoffmoleküle in Wasserstoffionen und freie Elektronen gespalten:
    2 H2 → 4 H+ + 4 e–
  • mit Hilfe der Elektronen werden aus Sauerstoffmolekülen an der Kathode Oxidionen, die mit den Wasserstoffionen von der Anode [passieren die Membran] Wasser bilden:
    2 O2 + 4 H+ + 4 e– → 2 H2O
  • daher entsteht zwischen Anode und Kathode ein Stromfluss [Gleichstrom]
  • als relativ kaltes Abgas entsteht lediglich Wasser und kein Kohlenstoffdioxid
  • Gesamtreaktion [Redoxreaktion] ⇒ 2 H2 + O2→ 2 H2O
  • da eine einzelne Brennstoffzelle nur ca.1,23 V liefert, werden viele davon in Reihe zu einen Brennstoffzellen-Stapeln [Stack] verbunden

Nutzungsmöglichkeiten von Brennstoffzellen.

beispielsweise ...
  • mobile Anwendungen → Kraftfahrzeuge, Raketen bzw. Raumfähren, Satelliten und Raumstationen, in der Schifffahrt, Nahverkehrsmittel [Busse, Züge], Ladegeräte für Akkus [z.B. für Handys, Laptops]
  • Fahrzeugantriebe → Fahrzeuge mit Brennstoffzelle werden mit Wasserstoff betankt; die Brennstoffzellen erzeugen mobil elektrischen Strom, der dann Elektromotoren antreibt
  • Mini-Brennstoffzellen → gibt es bereits direkt eingebaut in Radios, Lampen, Notebooks, Handys, Tablet-PC's

PKW mit Brennstoffzelle.

Einige Vorteile.

  • mobil und hohe Reichweite [ähnlich wie Diesel und Benziner]
  • problemlos betankbar [muss nicht aufgeladen werden]
  • umweltfreundlich, keine Schadstoffemission
  • hoher Wirkungsgrad

Einige Nachteile.

  • Wasserstoff ist noch teurer als Benzin
  • bislang wenige Tankstellen
  • Fahrzeugpreise relativ hoch
  • hochpreisige Materialien nötig

Einige Brennstoffzellenfahrzeuge.

Surftipps
  • Hyundai Nexo, in Serie produziert
  • Toyota Mirai, in Serie produziert
  • Mercedes Benz GLC F-Cell, Serienwagen mit zusätzlichem Batterieantrieb [nur Mietmodelle]
  • Hyundai LKW, Massentest in der Schweiz
  • Coradia iLint, Wasserstoffzug mit Brennstoffzelle [Fahrgastbeförderungen seit 2018]

Downloads.

DOCX MACBrennstoffzelle DOCX WINBrennstoffzelle PNGBrennstoffzellen-Stack
Titelbild → pixabay.com, Erich Westendarp [bearbeitet]
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