Grundlagen der Brennstoffzelle

Anders als bei den herkömmlichen Kraftwerken wird bei der Brennstoffzelle die chemische Energie des Brennstoffs direkt in elektrische Energie umgewandelt. Der Umweg der Wandlung der chemischen Energie in Wärme, also mechanischer Energie (Turbine) und elektrische Energie (Generator) wird vermieden.

Jules Verne, 1874:

Die Energie von morgen ist Wasser, das durch Strom zerlegt worden ist.

Wasserstoff und Sauerstoff werden die Energieversorgung der Erde sichern.

Der Brennstoffzelle gehört die Zukunft bei der Direktenergieumwandlung. Ein unerschöpfliches Innovationspotential sowie eine Reihe von Vorteilen sprechen dafür, dass sich diese Technologie schnell und umfassend verbreiten wird. Nicht nur spezifische Arten von Brennstoffzellen, auch intelligente Testsysteme für die verschiedenartigsten Anwendungen werden von uns angeboten.

In einer Brennstoffzelle wird unter Verwendung von Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) chemische in thermische und elektrische Energie umgewandelt.

Der Wasserstoff diffundiert durch die poröse Anode zur sogenannten Dreiphasenzone, welche aus der katalytischen Oberfläche, dem Elektrolyt und Wasserstoff besteht.

Hier wird der Wasserstoff durch den Katalysator in Protonen und Elektronen aufgespalten.

Auf dem Weg zur Kathode können nur die Wasserstoffprotonen H+ die Polymermembran passieren. Die Elektronen sind gezwungen über einen äußeren Stromkreis zur Kathode zu fließen.

Hier wird dann auch die elektrische Arbeit am Verbraucher verrichtet.

An der Kathode diffundiert der Sauerstoff durch die poröse Elektrode. Auch hier findet die Reaktion an der Dreiphasenzone statt. Der Sauerstoff bildet zusammen mit den Wasserstoffionen und den Elektronen Wasser.

Durch die Reaktion an den einzelnen Elektroden bilden sich verschiedene Spannungspotentiale aus.

Die Gesamtspannung einer Brennstoffzelle beträgt somit 1,23 V. Praktisch wird dieser Wert jedoch nicht erreicht, da auch die Brennstoffzelle interne Verluste hat.

Aufbau eines Brennstoffzellenstack

Um eine höhere Spannung zu erzielen, werden mehrere Brennstoffzellen in Stapeln (Stack) in einer Reihenschaltung montiert.

Ein Stack aus Brennstoffzellen besteht aus Endplatte, Stromabnehmerplatte, den jeweiligen Brennstoffzellen, welche sich mit Kühlzellen abwechseln und abschließend wieder eine Stromabnehmerplatte und Endplatte.