Brennstoffzellentechnologie und ihr Einsatz im Automobil. Brennstoffzellen

Sir William Grove wusste viel über Elektrolyse und stellte die Hypothese auf, dass er durch einen Prozess (der Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet, indem er Elektrizität durchlässt) produzieren könnte, wenn er umgekehrt durchgeführt wird. Nach dem Rechnen auf dem Papier ging er ins Experimentierstadium und konnte seine Ideen beweisen. Die bewährte Hypothese wurde von den Wissenschaftlern Ludwig Mond und seinem Assistenten Charles Langre entwickelt, die Technologie verbessert und ihr bereits 1889 einen Namen gegeben, der zwei Wörter beinhaltete – „Brennstoffzelle“.

Jetzt ist dieser Satz fest in den Alltag der Autofahrer eingezogen. Diesen Begriff „Brennstoffzelle“ haben Sie sicher schon öfter gehört. In den Nachrichten im Internet, im Fernsehen blitzen immer wieder neumodische Wörter auf. Sie beziehen sich normalerweise auf Geschichten über die neuesten Hybridfahrzeuge oder die Entwicklungsprogramme für diese Hybridfahrzeuge.

Vor 11 Jahren wurde beispielsweise in den USA das Programm „The Hydrogen Fuel Initiative“ ins Leben gerufen. Das Programm zielte darauf ab, Wasserstoff-Brennstoffzellen und Infrastrukturtechnologien zu entwickeln, die erforderlich sind, um Brennstoffzellenfahrzeuge bis 2020 praktisch und wirtschaftlich zu machen. Übrigens wurden in dieser Zeit mehr als 1 Milliarde US-Dollar für das Programm bereitgestellt, was auf eine ernsthafte Beteiligung der US-Behörden hinweist.

Auf der anderen Seite des Ozeans waren auch die Autohersteller in Alarmbereitschaft, begannen oder führten ihre Forschungen zu Brennstoffzellenautos fort. , und arbeitete sogar weiter an der zuverlässigen Brennstoffzellentechnologie.

Der größte Erfolg auf diesem Gebiet unter allen globalen Autoherstellern wurde von zwei japanischen Autoherstellern erzielt. Ihre Brennstoffzellen-Modelle sind bereits in Serie gegangen, die Konkurrenz liegt direkt dahinter.

Daher sind Brennstoffzellen in der Automobilindustrie langlebig. Betrachten wir die Prinzipien der Technologie und ihre Anwendung in modernen Autos.

So funktioniert die Brennstoffzelle

Eigentlich, . Aus technischer Sicht kann eine Brennstoffzelle als elektrochemisches Gerät zur Energieumwandlung definiert werden. Es wandelt Wasserstoff- und Sauerstoffpartikel in Wasser um und produziert dabei gleichzeitig Strom, Gleichstrom.

Es gibt viele Arten von Brennstoffzellen, einige sind bereits in Autos im Einsatz, andere befinden sich in Forschungstests. Die meisten von ihnen verwenden Wasserstoff und Sauerstoff als die wichtigsten chemischen Elemente, die für die Umwandlung benötigt werden.

Ein ähnlicher Vorgang findet bei einer herkömmlichen Batterie statt, der einzige Unterschied besteht darin, dass sie bereits alle notwendigen Chemikalien zur Umwandlung "an Bord" hat, während die Brennstoffzelle von außen "geladen" werden kann, wodurch der Prozess der "Erzeugung" von Strom kann weitergeführt werden. Als weiteres Nebenprodukt des Verfahrens entsteht neben Wasserdampf und Strom auch Wärme.

Eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran enthält eine protonenleitende Polymermembran, die die beiden Elektroden – Anode und Kathode – trennt. Jede Elektrode ist normalerweise eine Kohlenstoffplatte (Matrix) mit einem Trägerkatalysator - Platin oder eine Legierung aus Platinoiden und anderen Zusammensetzungen.

Am Anodenkatalysator dissoziiert molekularer Wasserstoff und verliert Elektronen. Wasserstoffkationen werden durch die Membran zur Kathode transportiert, aber Elektronen werden an den externen Kreislauf abgegeben, da die Membran keine Elektronen durchlässt.

Auf dem Kathodenkatalysator verbindet sich ein Sauerstoffmolekül mit einem Elektron (das von externer Kommunikation zugeführt wird) und einem ankommenden Proton und bildet Wasser, das das einzige Reaktionsprodukt (in Form von Dampf und / oder Flüssigkeit) ist.

wikipedia.org

Anwendung im Auto

Von allen Arten von Brennstoffzellen scheinen Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen, oder wie sie im Westen genannt werden, Polymeraustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) der beste Kandidat für Fahrzeuganwendungen zu sein. Die Hauptgründe hierfür sind die hohe Leistungsdichte und die relativ niedrige Betriebstemperatur, wodurch die Brennstoffzellen schnell in Betrieb genommen werden können. Sie werden schnell warm und produzieren die erforderliche Strommenge. Es nutzt auch eine der einfachsten Reaktionen aller Arten von Brennstoffzellen.

Das erste Fahrzeug mit dieser Technologie entstand bereits 1994, als Mercedes-Benz den MB100 auf Basis des NECAR1 (New Electric Car 1) vorstellte. Abgesehen von der geringen Leistung (nur 50 Kilowatt) war der größte Nachteil dieses Konzepts, dass die Brennstoffzelle das gesamte Laderaumvolumen des Transporters einnahm.

Darüber hinaus war es vom Standpunkt der passiven Sicherheit aus eine schreckliche Idee für die Massenproduktion, da an Bord ein massiver Tank mit brennbarem Wasserstoff unter Druck erforderlich war.

Im Laufe des nächsten Jahrzehnts entwickelte sich die Technologie weiter und eines der neuesten Brennstoffzellenkonzepte von Mercedes hatte eine Leistung von 115 PS. (85 kW) und eine Reichweite von rund 400 Kilometern vor dem Tanken. Natürlich waren die Deutschen nicht die einzigen Pioniere bei der Entwicklung der Brennstoffzellen der Zukunft. Vergessen Sie nicht die beiden Japaner, Toyota und. Einer der größten Autohersteller war Honda, der ein Serienauto mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellen-Kraftwerk auf den Markt brachte. Der Leasingverkauf von FCX ​​Clarity in den USA begann im Sommer 2008, wenig später wurde das Auto nach Japan verkauft.

Noch weiter ging Toyota mit dem Mirai, dessen fortschrittliches Wasserstoff-Brennstoffzellen-System offenbar in der Lage ist, dem futuristischen Auto eine Reichweite von 520 km mit einer einzigen Tankfüllung zu verleihen, die wie ein normales Auto in weniger als fünf Minuten betankt werden kann. Die Verbrauchswerte werden jeden Skeptiker verblüffen, sie sind unglaublich, selbst für ein Auto mit einem klassischen Kraftwerk verbraucht es 3,5 Liter, unabhängig von den Einsatzbedingungen des Autos, in der Stadt, auf der Autobahn oder im kombinierten Zyklus.

Acht Jahre sind vergangen. Honda hat diese Zeit gut genutzt. Der Honda FCX Clarity der zweiten Generation ist jetzt im Handel erhältlich. Seine Brennstoffzellenstacks sind 33 % kompakter als das erste Modell, und die Leistungsdichte wurde um 60 % erhöht. Honda sagt, dass die Brennstoffzelle und der integrierte Antriebsstrang im Clarity Fuel Cell in der Größe mit einem V6-Motor vergleichbar sind und Platz für fünf Passagiere und ihr Gepäck lassen.

Die geschätzte Reichweite beträgt 500 km, der Startpreis für neue Artikel soll auf 60.000 US-Dollar festgelegt werden. Teuer? Im Gegenteil, es ist sehr günstig. Anfang 2000 kosteten Autos mit ähnlicher Technologie 100.000 US-Dollar.

Sie werden weder mit Sonnenkollektoren noch mit Windrädern überraschen, die in allen Regionen der Welt Strom erzeugen. Die Erzeugung dieser Geräte ist jedoch nicht konstant und Sie müssen Notstromquellen installieren oder sich an das Netz anschließen, um Strom zu erzeugen, während EE-Anlagen keinen Strom erzeugen. Es gibt jedoch im 19. Jahrhundert entwickelte Anlagen, die mit „alternativen“ Brennstoffen Strom erzeugen, also weder Gas noch Ölprodukte verbrennen. Brennstoffzellen sind solche Anlagen.

GESCHICHTE DER SCHÖPFUNG

Brennstoffzellen (FC) oder Brennstoffzellen wurden bereits 1838-1839 von William Grove (Grove, Grove) entdeckt, als er die Elektrolyse von Wasser studierte.

Referenz: Wasserelektrolyse ist der Prozess der Zersetzung von Wasser unter Einwirkung von elektrischem Strom in Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle

Nachdem er die Batterie von der Elektrolysezelle getrennt hatte, stellte er überrascht fest, dass die Elektroden begannen, das entwickelte Gas zu absorbieren und Strom zu erzeugen. Die Entdeckung des Prozesses der elektrochemischen "kalten" Verbrennung von Wasserstoff ist zu einem bedeutenden Ereignis in der Energiewirtschaft geworden. Später entwickelte er die Grove-Batterie. Diese Vorrichtung hatte eine in Salpetersäure eingetauchte Platinelektrode und eine in Zinksulfat eingelegte Zinkelektrode. Es erzeugte einen Strom von 12 Ampere und eine Spannung von 8 Volt. Grow selbst nannte diese Konstruktion "Nasser Akku"... Dann stellte er eine Batterie mit zwei Platinelektroden her. Ein Ende jeder Elektrode befand sich in Schwefelsäure, und die anderen Enden wurden in Behältern mit Wasserstoff und Sauerstoff versiegelt. Zwischen den Elektroden herrschte ein konstanter Strom, und die Wassermenge in den Behältern nahm zu. Grow konnte das Wasser in diesem Gerät zersetzen und verbessern.

"Batterie wachsen"

(Quelle: Royal Society of the National Museum of Natural History)

Der Begriff "Brennstoffzelle" (engl. "Fuel Cell") tauchte erst 1889 von L. Mond und
C. Langer, der versuchte, ein Gerät zur Stromerzeugung aus Luft und Kohlegas zu entwickeln.

WIE ES FUNKTIONIERT?

Die Brennstoffzelle ist ein relativ einfaches Gerät... Es hat zwei Elektroden: die Anode (negative Elektrode) und die Kathode (positive Elektrode). An den Elektroden findet eine chemische Reaktion statt. Zur Beschleunigung wird die Oberfläche der Elektroden mit einem Katalysator beschichtet. TE sind mit einem weiteren Element ausgestattet - eine Membran. Die Umwandlung der chemischen Energie des Brennstoffs direkt in Strom ist auf die Arbeit der Membran zurückzuführen. Es trennt die beiden Kammern der Zelle, die mit Brennstoff und Oxidationsmittel versorgt werden. Die Membran lässt nur Protonen, die bei der Brennstoffspaltung anfallen, an einer mit einem Katalysator bedeckten Elektrode von einer Kammer zur anderen gelangen (Elektronen laufen in diesem Fall durch den äußeren Kreislauf). In der zweiten Kammer vereinigen sich Protonen mit Elektronen (und Sauerstoffatomen) zu Wasser.

So funktioniert eine Wasserstoff-Brennstoffzelle

Auf chemischer Ebene ähnelt der Prozess der Umwandlung von Brennstoffenergie in elektrische Energie dem normalen Verbrennungsprozess (Oxidationsprozess).

Bei der normalen Verbrennung in Sauerstoff wird organischer Brennstoff oxidiert und die chemische Energie des Brennstoffs in thermische Energie umgewandelt. Sehen wir uns an, was passiert, wenn Wasserstoff in einer Elektrolytumgebung und in Gegenwart von Elektroden durch Sauerstoff oxidiert wird.

Durch Zufuhr von Wasserstoff zu einer Elektrode in einem alkalischen Medium kommt es zu einer chemischen Reaktion:

2H 2 + 4OH – → 4H 2 O + 4e –

Wie Sie sehen, erhalten wir Elektronen, die durch den äußeren Kreislauf in die gegenüberliegende Elektrode gelangen, in die Sauerstoff eintritt und wo die Reaktion stattfindet:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

Es ist ersichtlich, dass die resultierende Reaktion 2H 2 + O 2 → H 2 O die gleiche ist wie bei der konventionellen Verbrennung, aber in einer Brennstoffzelle wird elektrischer Strom und teilweise Wärme erzeugt.

ARTEN VON BRENNSTOFFZELLEN

Brennstoffzellen werden nach der Art des für die Reaktion verwendeten Elektrolyten klassifiziert:

Man beachte, dass Kohle, Kohlenmonoxid, Alkohole, Hydrazin und andere organische Substanzen auch als Brennstoff in Brennstoffzellen verwendet werden können und Luft, Wasserstoffperoxid, Chlor, Brom, Salpetersäure usw. als Oxidationsmittel verwendet werden können.

BRENNSTOFFZELLEN-EFFIZIENZ

Ein Merkmal von Brennstoffzellen ist keine harte Grenze für die Effizienz wie Wärmekraftmaschinen.

Hilfe: EffizienzCarnot-Zyklus ist der maximal mögliche Wirkungsgrad unter allen Wärmekraftmaschinen mit gleichen Mindest- und Höchsttemperaturen.

Daher kann der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen theoretisch über 100 % liegen. Viele lächelten und dachten: "Das Perpetuum Mobile bedeutet erfunden." Nein, hier lohnt es sich, in den Schulchemiekurs zurückzukehren. Eine Brennstoffzelle basiert auf der Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie. Hier kommen Wunder ins Spiel. Bestimmte chemische Reaktionen während des Kurses können Wärme aus der Umgebung aufnehmen.

Hinweis: Endotherme Reaktionen sind chemische Reaktionen mit Wärmeaufnahme. Bei endothermen Reaktionen haben die Enthalpieänderung und die innere Energie positive Werte (Δ h >0, Δ U > 0), enthalten die Reaktionsprodukte also mehr Energie als die Ausgangskomponenten.

Ein Beispiel für eine solche Reaktion ist die Oxidation von Wasserstoff, die in den meisten Brennstoffzellen verwendet wird. Daher kann der Wirkungsgrad theoretisch mehr als 100 % betragen. Doch heute erwärmen sich Brennstoffzellen im Betrieb und können keine Wärme aus der Umgebung aufnehmen.

Referenz: Diese Einschränkung wird durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik auferlegt. Der Vorgang der Wärmeübertragung von einem "kalten" Körper auf einen "heißen" ist nicht möglich.

Außerdem gibt es Verluste, die mit Nichtgleichgewichtsprozessen verbunden sind. B.: Ohmsche Verluste aufgrund der spezifischen Leitfähigkeit des Elektrolyten und der Elektroden, Aktivierungs- und Konzentrationspolarisation, Diffusionsverluste. Dadurch wird ein Teil der in Brennstoffzellen erzeugten Energie in Wärme umgewandelt. Daher sind Brennstoffzellen keine Perpetuum mobile und ihr Wirkungsgrad liegt unter 100 %. Aber ihre Effizienz ist höher als die anderer Maschinen. Heute Brennstoffzellen-Wirkungsgrad erreicht 80%.

Referenz: In den vierziger Jahren entwarf und baute der englische Ingenieur T. Bacon eine Batterie aus Brennstoffzellen mit einer Gesamtkapazität von 6 kW und einem Wirkungsgrad von 80 %, die mit reinem Wasserstoff und Sauerstoff betrieben wurde, aber das Leistungsgewicht der Batterie erwies sich als zu klein - solche Zellen waren für den praktischen Einsatz ungeeignet und zu teuer (Quelle: http://www.powerinfo.ru/).

BRENNSTOFFZELLEN-PROBLEME

Da fast alle Brennstoffzellen Wasserstoff als Brennstoff verwenden, stellt sich die logische Frage: "Wo bekomme ich ihn?"

Es scheint, dass die Brennstoffzelle durch Elektrolyse entdeckt wurde, sodass Sie den bei der Elektrolyse freigesetzten Wasserstoff verwenden können. Aber schauen wir uns diesen Prozess genauer an.

Nach dem Faradayschen Gesetz: Die Menge eines Stoffes, die an der Anode oxidiert oder an der Kathode reduziert wird, ist proportional zur Strommenge, die durch den Elektrolyten geleitet wird. Dies bedeutet, dass Sie mehr Strom ausgeben müssen, um mehr Wasserstoff zu erhalten. Die bestehenden Verfahren der Wasserelektrolyse haben einen Wirkungsgrad von weniger als Eins. Dann verwenden wir den gewonnenen Wasserstoff in Brennstoffzellen, wo der Wirkungsgrad ebenfalls kleiner als Eins ist. Daher werden wir mehr Energie verbrauchen, als wir erzeugen können.

Natürlich kann auch aus Erdgas gewonnener Wasserstoff verwendet werden. Diese Methode zur Herstellung von Wasserstoff ist nach wie vor die billigste und beliebteste. Derzeit werden etwa 50 % des weltweit produzierten Wasserstoffs aus Erdgas gewonnen. Aber es gibt ein Problem mit der Speicherung und dem Transport von Wasserstoff. Wasserstoff hat eine geringe Dichte ( ein Liter Wasserstoff wiegt 0,0846 g), daher muss es für den Transport über weite Strecken komprimiert werden. Und das sind zusätzliche Energie- und Geldkosten. Vergessen Sie auch nicht die Sicherheit.

Aber auch hier gibt es eine Lösung – als Wasserstoffquelle kann flüssiger Kohlenwasserstoff-Kraftstoff verwendet werden. Zum Beispiel Ethyl- oder Methylalkohol. Zwar ist hier bereits ein spezielles Zusatzgerät erforderlich - ein Kraftstoffkonverter, der bei hoher Temperatur (bei Methanol etwa 240 ° C) Alkohole in ein Gemisch aus gasförmigem H 2 und CO 2 umwandelt. Aber in diesem Fall ist es schon schwieriger, an Portabilität zu denken - solche Geräte sind gut als stationäre oder Autogeneratoren zu verwenden, aber für kompakte mobile Geräte benötigen Sie etwas weniger Umständliches.

Katalysator

Um den Reaktionsfortschritt im FC zu erhöhen, ist die Oberfläche der Anode üblicherweise ein Katalysator. Bis vor kurzem wurde Platin als Katalysator verwendet. Daher waren die Kosten der Brennstoffzelle hoch. Zweitens ist Platin ein relativ seltenes Metall. Experten zufolge werden in der industriellen Produktion von Brennstoffzellen die erforschten Platinreserven in 15-20 Jahren aufgebraucht sein. Aber Wissenschaftler auf der ganzen Welt versuchen, Platin durch andere Materialien zu ersetzen. Einige von ihnen haben übrigens gute Ergebnisse erzielt. So ersetzten chinesische Wissenschaftler Platin durch Calciumoxid (Quelle: www.cheburek.net).

VERWENDUNG VON BRENNSTOFFZELLEN

1959 wurde erstmals eine Brennstoffzelle in Kraftfahrzeugen getestet. Der Alice-Chambers-Traktor nutzte 1008 Batterien zum Betrieb. Der Brennstoff war ein Gasgemisch, hauptsächlich Propan und Sauerstoff.

Quelle: http://www.planetseed.com/

Seit Mitte der 60er Jahre, auf dem Höhepunkt des "Weltraumrennens", interessieren sich die Schöpfer von Raumfahrzeugen für Brennstoffzellen. Die Arbeit von Tausenden von Wissenschaftlern und Ingenieuren ermöglichte es 1965, ein neues Niveau zu erreichen. Die Brennstoffzellen wurden in den USA auf der Raumsonde Gemini-5 und später auf der Raumsonde Apollo für Flüge zum Mond und im Rahmen des Shuttle-Programms getestet. In der UdSSR wurden bei der NPO Kvant Brennstoffzellen auch für den Einsatz im Weltraum entwickelt (Quelle: http://www.powerinfo.ru/).

Da das Endprodukt der Wasserstoffverbrennung in einer Brennstoffzelle Wasser ist, gelten sie hinsichtlich ihrer Umweltauswirkungen als die saubersten. Daher begannen Brennstoffzellen vor dem Hintergrund eines allgemeinen Interesses an Ökologie an Popularität zu gewinnen.

Automobilhersteller wie Honda, Ford, Nissan und Mercedes-Benz haben bereits Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge entwickelt.

Mercedes-Benz - Ener-G-Force powered by Wasserstoff

Beim Einsatz von Wasserstoffautos wird das Problem der Wasserstoffspeicherung gelöst. Der Bau von Tankstellen mit Wasserstoff wird es möglich machen, überall zu tanken. Außerdem ist das Betanken eines Autos mit Wasserstoff schneller als das Aufladen eines Elektroautos an einer Tankstelle. Aber bei der Umsetzung solcher Projekte standen wir vor einem Problem wie dem von Elektrofahrzeugen. Die Menschen sind bereit, auf ein wasserstoffbetriebenes Auto „umzusteigen“, wenn es dafür eine Infrastruktur gibt. Und der Bau von Tankstellen wird beginnen, wenn es genügend Verbraucher gibt. Daher kamen wir wieder zum Dilemma von Eiern und Hühnchen.

Brennstoffzellen sind in Mobiltelefonen und Laptops weit verbreitet. Die Zeit ist schon vorbei, als das Telefon einmal pro Woche aufgeladen wurde. Jetzt wird das Telefon fast täglich aufgeladen und der Laptop funktioniert 3-4 Stunden ohne Netzwerk. Daher entschieden sich Hersteller von Mobiltechnologie, eine Brennstoffzelle mit Telefonen und Laptops zum Laden und Arbeiten zu synthetisieren. Zum Beispiel das Unternehmen Toshiba im Jahr 2003. demonstrierten einen fertigen Prototyp einer Methanol-Brennstoffzelle. Es gibt eine Leistung von etwa 100mW. Eine Füllung mit 2 Würfeln konzentriertem (99,5%) Methanol reicht für 20 Stunden Betrieb des MP3-Players. Auch hier zeigte derselbe "Toshiba" einen Akku für Notebooks mit den Maßen 275x75x40mm, der es dem Computer ermöglicht, 5 Stunden nach einer Auftankung zu arbeiten.

Aber einige Hersteller sind noch weiter gegangen. Die Firma "PowerTrekk" hat ein gleichnamiges Ladegerät herausgebracht. Der PowerTrekk ist das weltweit erste Wasserladegerät. Es ist sehr einfach zu bedienen. Dem PowerTrekk muss Wasser nachgefüllt werden, damit er über das USB-Kabel sofort mit Strom versorgt wird. Diese Brennstoffzelle enthält Siliziumpulver und Natriumsilicid (NaSi), gemischt mit Wasser, diese Kombination erzeugt Wasserstoff. Der Wasserstoff vermischt sich mit Luft in der Brennstoffzelle selbst und wandelt Wasserstoff durch seinen Membran-Protonen-Austausch ohne Lüfter oder Pumpen in Strom um. Sie können ein solches tragbares Ladegerät für 149 € kaufen (

Vorteile von Brennstoffzellen / Zellen

Eine Brennstoffzelle / Zelle ist ein Gerät, das aus einem wasserstoffreichen Brennstoff durch eine elektrochemische Reaktion effizient Gleichstrom und Wärme erzeugt.

Eine Brennstoffzelle ähnelt einer Batterie, da sie durch eine chemische Reaktion Gleichstrom erzeugt. Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode, eine Kathode und einen Elektrolyten. Im Gegensatz zu Batterien können Brennstoffzellen / Zellen jedoch keine elektrische Energie speichern, sich nicht entladen und benötigen keinen Strom zum Wiederaufladen. Brennstoffzellen / Zellen können kontinuierlich Strom erzeugen, solange ihnen Brennstoff und Luft zur Verfügung stehen.

Im Gegensatz zu anderen Stromerzeugern, wie Verbrennungsmotoren oder Turbinen, die mit Gas, Kohle, Heizöl usw. betrieben werden, verbrennen Brennstoffzellen / Zellen keinen Brennstoff. Das bedeutet keine lauten Hochdruckrotoren, keine lauten Auspuffgeräusche, keine Vibrationen. Brennstoffzellen / Zellen erzeugen Strom durch eine stille elektrochemische Reaktion. Ein weiteres Merkmal von Brennstoffzellen / Zellen ist, dass sie die chemische Energie des Brennstoffs direkt in Strom, Wärme und Wasser umwandeln.

Brennstoffzellen sind hocheffizient und produzieren keine großen Mengen an Treibhausgasen wie Kohlendioxid, Methan und Stickoxid. Die einzigen Emissionsprodukte im Betrieb sind Wasser in Form von Wasserdampf und eine geringe Menge Kohlendioxid, das beim Einsatz von reinem Wasserstoff als Brennstoff überhaupt nicht emittiert wird. Brennstoffzellen / Zellen werden zu Baugruppen und dann zu separaten Funktionsmodulen zusammengebaut.

Entwicklungsgeschichte der Brennstoffzelle / Zelle

In den 1950er und 1960er Jahren entstand eine der anspruchsvollsten Aufgaben für Brennstoffzellen aus dem Bedarf der National Aeronautics and Space Administration (NASA) an Energiequellen für langfristige Weltraummissionen. Die alkalische Brennstoffzelle / Zelle der NASA verwendet Wasserstoff und Sauerstoff als Brennstoff und kombiniert die beiden in einer elektrochemischen Reaktion. Das Ergebnis sind drei nützliche Nebenprodukte der Reaktion in der Raumfahrt – Strom zum Antrieb des Raumfahrzeugs, Wasser für Trink- und Kühlsysteme und Wärme, um die Astronauten warm zu halten.

Die Entdeckung der Brennstoffzelle reicht bis ins frühe 19. Jahrhundert zurück. Der erste Nachweis der Wirkung von Brennstoffzellen wurde 1838 erbracht.

Ende der 1930er-Jahre begannen die Arbeiten an Brennstoffzellen mit alkalischem Elektrolyten und 1939 wurde eine Zelle mit vernickelten Hochdruckelektroden gebaut. Während des Zweiten Weltkriegs wurden Brennstoffzellen/Zellen für U-Boote der britischen Marine entwickelt und 1958 ein Brennelement eingeführt, bestehend aus alkalischen Brennstoffzellen/Zellen mit einem Durchmesser von knapp über 25 cm.

Das Interesse nahm in den 1950er und 1960er Jahren zu, aber auch in den 1980er Jahren, als die industrielle Welt an Heizölmangel litt. Im gleichen Zeitraum beschäftigten sich auch die Länder der Welt mit dem Problem der Luftverschmutzung und dachten über Methoden zur umweltfreundlichen Stromerzeugung nach. Derzeit befindet sich die Technologie der Herstellung von Brennstoffzellen / Zellen in einer rasanten Entwicklungsphase.

Wie Brennstoffzellen / Zellen funktionieren

Brennstoffzellen / Zellen erzeugen Strom und Wärme aus einer elektrochemischen Reaktion, die unter Verwendung eines Elektrolyten, einer Kathode und einer Anode stattfindet.

Anode und Kathode sind durch einen protonenleitenden Elektrolyten getrennt. Nachdem Wasserstoff in die Anode und Sauerstoff in die Kathode eintritt, beginnt eine chemische Reaktion, bei der elektrischer Strom, Wärme und Wasser erzeugt werden.

Am Anodenkatalysator dissoziiert molekularer Wasserstoff und verliert Elektronen. Wasserstoffionen (Protonen) werden durch den Elektrolyten zur Kathode geleitet, während Elektronen durch den Elektrolyten und durch einen externen Stromkreis geleitet werden, wodurch ein Gleichstrom erzeugt wird, der zur Stromversorgung von Geräten verwendet werden kann. Auf dem Kathodenkatalysator verbindet sich ein Sauerstoffmolekül mit einem Elektron (das von externer Kommunikation zugeführt wird) und einem ankommenden Proton und bildet Wasser, das das einzige Reaktionsprodukt (in Form von Dampf und / oder Flüssigkeit) ist.

Folgendes ist die entsprechende Reaktion:

Reaktion an der Anode: 2H 2 => 4H + + 4e -
Reaktion an der Kathode: O 2 + 4H + + 4e - => 2H 2 O
Allgemeine Reaktion des Elements: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Typen und Vielfalt von Brennstoffzellen / Zellen

Ähnlich wie es verschiedene Typen von Verbrennungsmotoren gibt, gibt es unterschiedliche Typen von Brennstoffzellen – die Wahl des geeigneten Brennstoffzellentyps hängt von der Anwendung ab.

Brennstoffzellen werden in Hochtemperatur- und Niedertemperaturzellen unterteilt. Niedertemperatur-Brennstoffzellen benötigen als Brennstoff relativ reinen Wasserstoff. Dies bedeutet oft, dass eine Brennstoffaufbereitung erforderlich ist, um den Primärbrennstoff (wie Erdgas) in reinen Wasserstoff umzuwandeln. Dieser Vorgang verbraucht zusätzliche Energie und erfordert eine spezielle Ausrüstung. Hochtemperatur-Brennstoffzellen benötigen dieses zusätzliche Verfahren nicht, da sie den Brennstoff bei erhöhten Temperaturen „intern umwandeln“ können und somit keine Investitionen in die Wasserstoff-Infrastruktur erforderlich sind.

Brennstoffzellen / Zellen auf Schmelzkarbonat (RKTE)

Brennstoffzellen mit geschmolzenem Karbonatelektrolyt sind Hochtemperatur-Brennstoffzellen. Die hohe Betriebstemperatur ermöglicht die direkte Nutzung von Erdgas ohne Prozessorbrennstoff und Brenngas mit niedrigem Heizwert für industrielle Prozesse und andere Quellen.

Der Betrieb von RKTE unterscheidet sich von anderen Brennstoffzellen. Diese Zellen verwenden einen Elektrolyten aus einer Mischung von geschmolzenen Karbonatsalzen. Derzeit sind zwei Arten von Mischungen im Einsatz: Lithiumcarbonat und Kaliumcarbonat oder Lithiumcarbonat und Natriumcarbonat. Um Karbonatsalze aufzuschmelzen und eine hohe Ionenbeweglichkeit im Elektrolyten zu erreichen, arbeiten Brennstoffzellen mit geschmolzenem Karbonatelektrolyt bei hohen Temperaturen (650 °C). Der Wirkungsgrad variiert zwischen 60-80%.

Bei Erhitzung auf 650 °C werden Salze zum Leiter für Karbonationen (CO 3 2-). Diese Ionen gelangen von der Kathode zur Anode, wo sie sich mit Wasserstoff zu Wasser, Kohlendioxid und freien Elektronen verbinden. Diese Elektronen werden über einen externen Stromkreis zurück zur Kathode geleitet und erzeugen als Nebenprodukt elektrischen Strom und Wärme.

Reaktion an der Anode: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
Reaktion an der Kathode: CO 2 + 1 / 2O 2 + 2e - => CO 3 2-
Allgemeine Reaktion des Elements: H 2 (g) + 1 / 2O 2 (g) + CO 2 (Kathode) => H 2 O (g) + CO 2 (Anode)

Die hohen Betriebstemperaturen von Brennstoffzellen mit geschmolzenem Karbonatelektrolyt haben bestimmte Vorteile. Bei hohen Temperaturen wird Erdgas intern reformiert, wodurch ein Brennstoffprozessor überflüssig wird. Zu den Vorteilen gehört außerdem die Möglichkeit, Standard-Konstruktionsmaterialien wie Edelstahlblech und einen Nickel-Katalysator auf den Elektroden zu verwenden. Die Abwärme kann genutzt werden, um Hochdruckdampf für eine Vielzahl von industriellen und kommerziellen Zwecken zu erzeugen.

Auch hohe Reaktionstemperaturen im Elektrolyten haben Vorteile. Die Verwendung hoher Temperaturen benötigt lange, um optimale Betriebsbedingungen zu erreichen, und das System reagiert langsamer auf Änderungen des Energieverbrauchs. Diese Eigenschaften ermöglichen den Einsatz von Brennstoffzellenanlagen mit geschmolzenem Karbonatelektrolyt unter konstanten Leistungsbedingungen. Hohe Temperaturen verhindern eine Schädigung der Brennstoffzelle durch Kohlenmonoxid.

Brennstoffzellen mit Schmelzkarbonat-Elektrolyt eignen sich für den Einsatz in großen stationären Anlagen. Thermische Kraftwerke mit einer elektrischen Leistung von 3,0 MW werden industriell hergestellt. Es werden Anlagen mit einer Ausgangsleistung von bis zu 110 MW entwickelt.

Phosphorsäure-Brennstoffzellen / -Zellen (FCTE)

Phosphor-(Orthophosphor-)Säure-Brennstoffzellen waren die ersten Brennstoffzellen für den kommerziellen Einsatz.

Brennstoffzellen auf Basis von Phosphorsäure (Orthophosphorsäure) verwenden einen Elektrolyten auf Basis von Phosphorsäure (H 3 PO 4) mit einer Konzentration von bis zu 100 %. Die Ionenleitfähigkeit von Phosphorsäure ist bei tiefen Temperaturen gering, weshalb diese Brennstoffzellen bei Temperaturen bis 150–220 °C eingesetzt werden.

Der Ladungsträger in diesem Brennstoffzellentyp ist Wasserstoff (H +, Proton). Ein ähnlicher Vorgang läuft in Brennstoffzellen mit einer Protonenaustauschmembran ab, bei der der Anode zugeführter Wasserstoff in Protonen und Elektronen gespalten wird. Protonen wandern durch den Elektrolyten und verbinden sich mit Sauerstoff aus der Luft an der Kathode zu Wasser. Elektronen werden durch einen externen Stromkreis geleitet, um elektrischen Strom zu erzeugen. Unten sind die Reaktionen, die elektrischen Strom und Wärme erzeugen.

Reaktion an der Anode: 2H 2 => 4H + + 4e -
Reaktion an der Kathode: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2 H 2 O
Allgemeine Reaktion des Elements: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen auf Basis von Phosphorsäure (Orthophosphorsäure) liegt bei über 40 % bei der Erzeugung elektrischer Energie. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung liegt der Gesamtwirkungsgrad bei rund 85 %. Darüber hinaus kann die Abwärme aufgrund der Betriebstemperaturen zur Wassererwärmung und zur Dampferzeugung bei Atmosphärendruck genutzt werden.

Die hohe Leistungsfähigkeit thermischer Kraftwerke mit Brennstoffzellen auf Basis von Phosphorsäure (Orthophosphorsäure) bei der kombinierten Erzeugung von Wärme und Strom ist einer der Vorteile dieses Brennstoffzellentyps. Die Anlagen verwenden Kohlenmonoxid mit einer Konzentration von ca. 1,5 %, was die Brennstoffauswahl deutlich erweitert. Zudem beeinträchtigt CO 2 den Elektrolyten und den Betrieb der Brennstoffzelle nicht, dieser Zellentyp arbeitet mit reformiertem Naturbrennstoff. Einfache Bauweise, geringe Elektrolytflüchtigkeit und erhöhte Stabilität sind ebenfalls Vorteile dieses Brennstoffzellentyps.

Thermische Kraftwerke mit einer elektrischen Ausgangsleistung von bis zu 500 kW werden industriell hergestellt. Die 11 MW-Blöcke wurden entsprechend getestet. Es werden Anlagen mit einer Ausgangsleistung von bis zu 100 MW entwickelt.

Festoxidbrennstoffzellen / -zellen (SOFC)

Festoxidbrennstoffzellen sind die Brennstoffzellen mit der höchsten Betriebstemperatur. Die Betriebstemperatur kann von 600 °C bis 1000 °C variiert werden, wodurch unterschiedliche Kraftstoffarten ohne spezielle Vorbehandlung verwendet werden können. Um diese hohen Temperaturen zu bewältigen, wird als Elektrolyt ein dünnes festes Metalloxid auf Keramikbasis verwendet, oft eine Legierung aus Yttrium und Zirkonium, das ein Leiter von Sauerstoff (O 2 -)-Ionen ist.

Festelektrolyt sorgt für einen hermetisch abgedichteten Gasübergang von einer Elektrode zur anderen, während sich Flüssigelektrolyte in einem porösen Substrat befinden. Der Ladungsträger dieser Brennstoffzelle ist ein Sauerstoffion (O 2-). An der Kathode werden Sauerstoffmoleküle aus der Luft in ein Sauerstoffion und vier Elektronen getrennt. Sauerstoffionen passieren den Elektrolyten und verbinden sich mit Wasserstoff zu vier freien Elektronen. Elektronen werden durch einen externen Stromkreis geleitet, wodurch elektrischer Strom und Abwärme erzeugt werden.

Reaktion an der Anode: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
Reaktion an der Kathode: O 2 + 4e - => 2O 2-
Allgemeine Reaktion des Elements: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Der Wirkungsgrad der erzeugten elektrischen Energie ist der höchste aller Brennstoffzellen - ca. 60-70%. Hohe Betriebstemperaturen ermöglichen die Kraft-Wärme-Kopplung zur Erzeugung von Hochdruckdampf. Die Kombination einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einer Turbine ermöglicht die Schaffung einer Hybrid-Brennstoffzelle, um den Wirkungsgrad der Stromerzeugung um bis zu 75 % zu steigern.

Festoxidbrennstoffzellen arbeiten bei sehr hohen Temperaturen (600 °C – 1000 °C), was lange dauert, um optimale Betriebsbedingungen zu erreichen, und das System reagiert langsamer auf Änderungen des Energieverbrauchs. Bei solch hohen Betriebstemperaturen ist kein Konverter erforderlich, um Wasserstoff aus dem Brennstoff zurückzugewinnen, was es dem Wärmekraftwerk ermöglicht, mit relativ unreinen Brennstoffen zu arbeiten, die aus der Vergasung von Kohle oder Abgasen und dergleichen resultieren. Außerdem eignet sich diese Brennstoffzelle hervorragend für den Hochleistungsbetrieb, einschließlich industrieller und großer zentraler Kraftwerke. Kommerziell werden Module mit einer elektrischen Ausgangsleistung von 100 kW hergestellt.

Brennstoffzellen / Zellen mit Direktoxidation von Methanol (POMTE)

Die Technologie des Einsatzes von Brennstoffzellen mit direkter Methanoloxidation befindet sich in einer aktiven Entwicklungsphase. Es hat sich erfolgreich im Bereich der Stromversorgung von Mobiltelefonen, Laptops sowie der Erstellung tragbarer Stromquellen etabliert. worauf die zukünftige Verwendung dieser Elemente abzielt.

Der Aufbau von Brennstoffzellen mit direkter Methanoloxidation ähnelt Brennstoffzellen mit einer Protonenaustauschmembran (MOPTE), d.h. Als Elektrolyt wird ein Polymer und als Ladungsträger ein Wasserstoffion (Proton) verwendet. Flüssiges Methanol (CH 3 OH) wird jedoch in Gegenwart von Wasser an der Anode unter Freisetzung von CO 2 , Wasserstoffionen und Elektronen oxidiert, die über einen externen Stromkreis geleitet werden, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. Wasserstoffionen passieren den Elektrolyten und reagieren mit Sauerstoff aus der Luft und Elektronen aus dem externen Kreislauf zu Wasser an der Anode.

Reaktion an der Anode: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
Reaktion an der Kathode: 3 / 2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
Allgemeine Reaktion des Elements: CH 3 OH + 3 / 2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

Der Vorteil dieser Art von Brennstoffzelle ist ihre geringe Größe aufgrund der Verwendung von flüssigem Brennstoff und das Fehlen eines Konverters.

Alkalische Brennstoffzellen / Zellen (SHFC)

Alkalische Brennstoffzellen sind eines der effizientesten Elemente zur Stromerzeugung mit einem Wirkungsgrad der Stromerzeugung von bis zu 70 %.

Alkalische Brennstoffzellen verwenden einen Elektrolyten, d. h. eine wässrige Lösung von Kaliumhydroxid, die in einer porösen stabilisierten Matrix enthalten ist. Die Konzentration von Kaliumhydroxid kann je nach Betriebstemperatur der Brennstoffzelle variieren, die von 65 °C bis 220 °C reicht. Der Ladungsträger in SHFC ist ein Hydroxylion (OH -), das von der Kathode zur Anode wandert, wo es mit Wasserstoff reagiert und Wasser und Elektronen erzeugt. Das an der Anode erzeugte Wasser gelangt zurück zur Kathode und erzeugt dort wieder Hydroxylionen. Diese Abfolge von Reaktionen in der Brennstoffzelle erzeugt Strom und als Nebenprodukt Wärme:

Reaktion an der Anode: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
Reaktion an der Kathode: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
Allgemeine Reaktion des Systems: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

Der Vorteil von SHFCs besteht darin, dass diese Brennstoffzellen am billigsten herzustellen sind, da der Katalysator, der auf den Elektroden benötigt wird, alle Substanzen sein kann, die billiger sind als die, die als Katalysatoren für andere Brennstoffzellen verwendet werden. SCFCs arbeiten bei einer relativ niedrigen Temperatur und sind eine der effizientesten Brennstoffzellen – solche Eigenschaften können dementsprechend zur Beschleunigung der Stromerzeugung und einer hohen Kraftstoffeffizienz beitragen.

Eines der charakteristischen Merkmale von SHFC ist seine hohe Empfindlichkeit gegenüber CO 2 , das in Kraftstoff oder Luft enthalten sein kann. CO 2 reagiert mit dem Elektrolyten, vergiftet diesen schnell und reduziert den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle stark. Daher ist der Einsatz von SHTE auf geschlossene Räume wie Weltraum- und Unterwasserfahrzeuge beschränkt, sie müssen mit reinem Wasserstoff und Sauerstoff betrieben werden. Darüber hinaus sind Moleküle wie CO, H 2 O und CH4, die für andere Brennstoffzellen sicher sind und für einige sogar Brennstoff sind, für SHFC schädlich.

Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen / -zellen (PETE)

Bei Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen besteht die Polymermembran aus Polymerfasern mit Wasserbereichen, in denen die Leitfähigkeit von Wasserionen (H 2 O + (Proton, rot) an das Wassermolekül angelagert ist) besteht. Wassermoleküle stellen aufgrund ihres langsamen Ionenaustauschs ein Problem dar. Daher ist sowohl im Brennstoff als auch an den Austrittselektroden eine hohe Wasserkonzentration erforderlich, die die Betriebstemperatur auf 100 °C begrenzt.

Festsäurebrennstoffzellen / -zellen (TFCF)

In Festsäure-Brennstoffzellen enthält der Elektrolyt (CsHSO 4) kein Wasser. Die Betriebstemperatur beträgt daher 100-300°C. Durch die Rotation der Oxyanionen SO 4 2- können sich die Protonen (rot) wie in der Abbildung gezeigt bewegen. Typischerweise ist eine Festsäure-Brennstoffzelle ein Sandwich, bei dem eine sehr dünne Schicht einer Festsäure-Verbindung zwischen zwei fest zusammengedrückten Elektroden sandwichartig angeordnet ist, um einen guten Kontakt zu gewährleisten. Beim Erhitzen verdampft die organische Komponente und verlässt die Poren in den Elektroden, wobei die Fähigkeit zu Mehrfachkontakten zwischen dem Brennstoff (oder Sauerstoff am anderen Ende der Zellen), dem Elektrolyten und den Elektroden erhalten bleibt.

Verschiedene Brennstoffzellenmodule. Brennstoffzellen-Batterie

1. Brennstoffzellen-Batterie
2. Sonstige Betriebsmittel mit hohen Temperaturen (integrierter Dampferzeuger, Brennkammer, Wärmebilanzwechsler)
3. Hitzebeständige Isolierung

Brennstoffzellenmodul

Vergleichende Analyse von Typen und Varianten von Brennstoffzellen

Innovative energieeffiziente kommunale Heizkraftwerke werden in der Regel auf Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs), Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen (PETFs), Phosphorsäure-Brennstoffzellen (PFCs), Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (MOPFCs) und alkalischen Brennstoffzellen gebaut ( PSFC) ... Sie haben in der Regel folgende Eigenschaften:

Am besten geeignet sind Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs), die:

• arbeiten bei einer höheren Temperatur, was den Bedarf an teuren Edelmetallen (wie Platin) reduziert
• kann mit verschiedenen Arten von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen betrieben werden, hauptsächlich mit Erdgas
• haben eine längere Anlaufzeit und sind daher besser für den langfristigen Einsatz geeignet
• zeigen einen hohen Wirkungsgrad der Stromerzeugung (bis zu 70%)
• Aufgrund der hohen Betriebstemperaturen können die Geräte mit Wärmerückgewinnungssystemen kombiniert werden, wodurch der Gesamtsystemwirkungsgrad bis zu 85% beträgt
• haben praktisch keine Emissionen, arbeiten leise und haben im Vergleich zu bestehenden Stromerzeugungstechnologien niedrige Betriebsanforderungen

Da kleine Blockheizkraftwerke an ein konventionelles Gasversorgungsnetz angeschlossen werden können, benötigen Brennstoffzellen keine separate Wasserstoffversorgung. Beim Einsatz von kleinen Festoxid-Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerken kann die erzeugte Wärme in Wärmetauscher zur Erwärmung von Wasser und Lüftungsluft integriert werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Anlage erhöht wird. Diese innovative Technologie eignet sich bestens für eine effiziente Stromerzeugung ohne teure Infrastruktur und komplexe Geräteintegration.

Brennstoffzellen / Zellanwendungen

Brennstoffzellen- / Zellanwendungen in Telekommunikationssystemen

Mit der Verbreitung von drahtlosen Kommunikationssystemen auf der ganzen Welt und den wachsenden sozioökonomischen Vorteilen der Mobiltelefontechnologie ist der Bedarf an zuverlässiger und kostengünstiger Notstromversorgung kritisch geworden. Das ganze Jahr über Netzverluste durch schlechtes Wetter, Naturkatastrophen oder eingeschränkte Netzkapazitäten stellen Netzbetreiber vor eine ständige Herausforderung.

Herkömmliche Telekommunikations-Backup-Lösungen umfassen Batterien (ventilgeregelte Blei-Säure-Batterien) für kurzfristige Backups und Diesel- und Propangeneratoren für längere Backups. Batterien sind eine relativ kostengünstige Notstromquelle für 1 bis 2 Stunden. Batterien sind jedoch nicht für eine längere Notstromversorgung geeignet, da sie teuer in der Wartung sind, nach längerem Gebrauch unzuverlässig werden, temperaturempfindlich sind und nach der Entsorgung umweltgefährdend sind. Diesel- und Propangeneratoren können eine kontinuierliche Notstromversorgung bereitstellen. Generatoren können jedoch unzuverlässig sein, zeitaufwendige Wartung erfordern und hohe Schadstoff- und Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre abgeben.

Um die Grenzen herkömmlicher Standby-Energielösungen zu überwinden, wurde eine innovative grüne Brennstoffzellentechnologie entwickelt. Brennstoffzellen sind zuverlässig, leise, enthalten weniger bewegliche Teile als ein Generator, haben einen größeren Betriebstemperaturbereich als eine Batterie von -40 °C bis +50 °C und ermöglichen dadurch eine extrem hohe Energieeinsparung. Außerdem sind die Lebenszykluskosten einer solchen Anlage niedriger als die eines Generators. Geringere Brennstoffzellenkosten sind das Ergebnis von nur einem Wartungsbesuch pro Jahr und einer deutlich höheren Anlagenleistung. Schließlich ist eine Brennstoffzelle eine grüne Technologielösung mit minimaler Umweltbelastung.

Brennstoffzelleneinheiten bieten Backup-Strom für kritische Kommufür drahtlose, permanente und Breitband-Telekommunikation im Bereich von 250 W bis 15 kW und bieten viele konkurrenzlose innovative Funktionen:

• VERLÄSSLICHKEIT- wenige bewegliche Teile und keine Entladung im Standby-Modus
• ENERGIE SPAREN
• STILLE- geringer Geräuschpegel
• NACHHALTIGKEIT- Arbeitsbereich von -40°C bis +50°C
• ANPASSUNGSFÄHIGKEIT- Außen- und Innenaufstellung (Behälter / Schutzbehälter)
• HOHE ENERGIE- bis 15 kW
• GERINGER WARTUNGSBEDARF- minimale jährliche Wartung
• EFFIZIENZ- attraktive Gesamtbetriebskosten
• UMWELTFREUNDLICHE ENERGIE- geringe Emissionen bei minimaler Umweltbelastung

Das System erfasst die DC-Busspannung ständig und akzeptiert kritische Lasten reibungslos, wenn die DC-Busspannung unter einen benutzerdefinierten voreingestellten Wert fällt. Das System wird mit Wasserstoff betrieben, der auf zwei Arten in den Brennstoffzellenstapel gelangt – entweder aus einer industriellen Wasserstoffquelle oder aus flüssigen Brennstoffen aus Methanol und Wasser über ein integriertes Reformierungssystem.

Strom wird vom Brennstoffzellenstack in Form von Gleichstrom erzeugt. Gleichstrom wird an einen Wandler übertragen, der ungeregelten Gleichstrom vom Brennstoffzellenstapel in hochqualitativen geregelten Gleichstrom für die erforderlichen Lasten umwandelt. Die Brennstoffzellenanlage kann über viele Tage eine Notstromversorgung gewährleisten, da die Betriebsdauer nur durch die vorrätige Menge an Wasserstoff oder Methanol/Wasserkraftstoff begrenzt ist.

Brennstoffzellen bieten ein hohes Maß an Energieeinsparungen, erhöhte Systemzuverlässigkeit, besser vorhersehbare Leistung in einer Vielzahl von Klimazonen und eine zuverlässige Lebensdauer im Vergleich zu ventilgeregelten Blei-Säure-Batteriepacks nach Industriestandard. Auch die Lebenszykluskosten sind aufgrund des deutlich geringeren Wartungs- und Austauschbedarfs geringer. Brennstoffzellen bieten dem Endverbraucher Vorteile für die Umwelt, da Entsorgungskosten und Haftungsrisiken im Zusammenhang mit Blei-Säure-Zellen ein wachsendes Problem darstellen.

Die Leistung elektrischer Batterien kann durch eine Vielzahl von Faktoren wie Ladezustand, Temperatur, Zyklen, Lebensdauer und andere Variablen beeinträchtigt werden. Die zugeführte Energie hängt von diesen Faktoren ab und ist nicht leicht vorherzusagen. Die Leistung einer Proton Exchange Membrane (PROF)-Brennstoffzelle ist von diesen Faktoren relativ unbeeinflusst und kann kritische elektrische Leistung liefern, solange Brennstoff verfügbar ist. Erhöhte Vorhersagbarkeit ist ein wichtiger Vorteil bei der Migration zu Brennstoffzellen für kritische Strom-Backup-Anwendungen.

Brennstoffzellen erzeugen nur bei Brennstoffzufuhr Energie, wie ein Gasturbinengenerator, haben aber keine beweglichen Teile in der Erzeugungszone. Daher unterliegen sie im Gegensatz zu einem Generator keinem schnellen Verschleiß und benötigen keine ständige Wartung und Schmierung.

Der Kraftstoff, der zum Antrieb des Langzeit-Kraftstoffwandlers verwendet wird, ist ein Methanol/Wasser-Kraftstoffgemisch. Methanol ist ein weit verbreiteter, kommerziell erhältlicher Kraftstoff, der derzeit viele Verwendungen findet, darunter Scheibenwaschanlagen, Plastikflaschen, Motoradditive und Dispersionsfarben. Methanol ist leicht zu transportieren, mit Wasser mischbar, biologisch gut abbaubar und schwefelfrei. Es hat einen niedrigen Gefrierpunkt (-71 ° C) und zersetzt sich bei längerer Lagerung nicht.

Einsatz von Brennstoffzellen / Zellen in Kommunikationsnetzen

Sichere Kommunikationsnetze erfordern zuverlässige Notstromlösungen, die im Notfall stunden- oder tagelang funktionieren können, wenn das Stromnetz nicht mehr verfügbar ist.

Mit wenigen beweglichen Teilen und ohne Derating im Standby-Modus bietet die innovative Brennstoffzellen-Technologie eine attraktive Lösung im Vergleich zu aktuellen Standby-Power-Systemen.

Der zwingendste Grund für den Einsatz der Brennstoffzellentechnologie in Kommunikationsnetzen ist die insgesamt erhöhte Zuverlässigkeit und Sicherheit. Bei Störfällen wie Stromausfällen, Erdbeben, Stürmen und Wirbelstürmen ist es wichtig, dass die Systeme unabhängig von Temperatur und Lebensdauer des Backup-Systems über einen längeren Zeitraum weiter funktionieren und über eine zuverlässige Notstromversorgung verfügen.

Das Angebot an Brennstoffzellen-Netzteilen ist ideal für die Unterstützung sicherer Kommunikationsnetze. Dank ihres Energiesparprinzips bieten sie umweltfreundliche und zuverlässige Backup-Power mit verlängerter Laufzeit (bis zu mehreren Tagen) für den Einsatz im Leistungsbereich von 250 W bis 15 kW.

Einsatz von Brennstoffzellen / Zellen in Datennetzen

Die zuverlässige Stromversorgung von Datennetzen wie Highspeed-Datennetzen und Glasfaser-Backbones ist weltweit von zentraler Bedeutung. Die über solche Netze übermittelten Informationen enthalten kritische Daten für Institutionen wie Banken, Fluggesellschaften oder medizinische Zentren. Ein Stromausfall in solchen Netzen gefährdet nicht nur die übertragenen Informationen, sondern führt in der Regel zu erheblichen finanziellen Einbußen. Zuverlässige und innovative Brennstoffzellenanlagen mit Notstromversorgung bieten die Zuverlässigkeit, die Sie für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung benötigen.

Brennstoffzellenanlagen, die mit einem flüssigen Brennstoffgemisch aus Methanol und Wasser betrieben werden, bieten zuverlässige Notstromversorgung mit verlängerten Laufzeiten von bis zu mehreren Tagen. Darüber hinaus haben diese Einheiten im Vergleich zu Generatoren und Batterien einen erheblich geringeren Wartungsbedarf und erfordern nur einen Wartungsbesuch pro Jahr.

Typische Standortmerkmale für den Einsatz von Brennstoffzellenanlagen in Datennetzen:

• Anwendungen mit Leistungsaufnahme von 100 W bis 15 kW
• Anwendungen mit Anforderungen an die Akkulaufzeit > 4 Stunden
• Repeater in Glasfasersystemen (Hierarchie synchroner Digitalsysteme, Highspeed-Internet, Voice over IP ...)
• Hochgeschwindigkeits-Netzwerkknoten
• WiMAX-Übertragungsknoten

Brennstoffzellen-Standby-Installationen bieten gegenüber herkömmlichen Inselbatterien oder Dieselgeneratoren zahlreiche Vorteile für kritische Datennetzinfrastrukturen, die einen verstärkten Feldeinsatz ermöglichen:

1. Die Flüssigbrennstofftechnologie löst das Problem der Wasserstoffspeicherung und ermöglicht einen nahezu unbegrenzten Betrieb der Notstromversorgung.
2. Durch den leisen Betrieb, das geringe Gewicht, die Beständigkeit gegen extreme Temperaturen und den nahezu vibrationsfreien Betrieb können die Brennstoffzellen außerhalb des Gebäudes, in Industrieräumen / Containern oder auf Dächern installiert werden.
3. Die Vor-Ort-Vorbereitung für den Einsatz des Systems ist schnell und wirtschaftlich, und die Betriebskosten sind gering.
4. Der Kraftstoff ist biologisch abbaubar und bietet eine umweltfreundliche Lösung für städtische Umgebungen.

Der Einsatz von Brennstoffzellen / Zellen in Sicherheitssystemen

Die modernsten Gebäudesicherheits- und Kommunikationssysteme sind nur so zuverlässig wie die Stromversorgung, die sie am Laufen hält. Obwohl die meisten Systeme eine Art USV für kurzfristige Stromausfälle enthalten, schaffen sie nicht die Voraussetzung für längere Stromausfälle nach Naturkatastrophen oder Terroranschlägen. Dies kann für viele Unternehmen und Regierungsbehörden ein kritisches Thema sein.

Lebenswichtige Systeme wie Videoüberwachungs- und Zutrittskontrollsysteme (ID-Kartenleser, Türschließer, biometrische Identifikationstechniken etc.), automatische Brandmelde- und Löschsysteme, Aufzugssteuerungen und Telekommunikationsnetze sind gefährdet, wenn keine zuverlässige alternative Dauerstromquelle.

Dieselgeneratoren machen viel Lärm, sind schwer zu platzieren und bekannt für ihre Zuverlässigkeit und Wartungsprobleme. Im Gegensatz dazu ist eine Brennstoffzellenanlage mit Notstromversorgung leise, zuverlässig, emissionsfrei oder sehr emissionsarm und lässt sich einfach auf einem Dach oder außerhalb eines Gebäudes installieren. Im Standby-Modus geht ihm weder der Strom aus noch der Strom. Sie stellt sicher, dass kritische Systeme auch nach Stilllegung der Anlage und Verlassen des Gebäudes weiterbetrieben werden.

Innovative Brennstoffzellen-Installationen schützen wertvolle Investitionen in geschäftskritische Anwendungen. Sie bieten eine umweltfreundliche, zuverlässige Langzeit-Notstromversorgung (bis zu vielen Tagen) für den Einsatz im Leistungsbereich von 250 W bis 15 kW, kombiniert mit zahlreichen konkurrenzlosen Features und besonders hoher Energieeinsparung.

Brennstoffzellen-Notstromkraftwerke bieten zahlreiche Vorteile für den Einsatz in geschäftskritischen Anwendungen wie Sicherheits- und Gebäudemanagementsystemen gegenüber herkömmlichen Inselbatterien oder Dieselgeneratoren. Die Flüssigbrennstofftechnologie löst das Problem der Wasserstoffspeicherung und ermöglicht einen nahezu unbegrenzten Betrieb der Notstromversorgung.

Einsatz von Brennstoffzellen / Zellen in der häuslichen Wärme- und Stromerzeugung

Festoxidbrennstoffzellen (SFCs) werden verwendet, um zuverlässige, energieeffiziente und emissionsfreie thermische Kraftwerke zu bauen, um Strom und Wärme aus weit verbreiteten Erdgas- und erneuerbaren Brennstoffquellen zu erzeugen. Diese innovativen Einheiten werden in den unterschiedlichsten Märkten eingesetzt, von der Hausstromerzeugung über die Stromversorgung in abgelegenen Gebieten bis hin zur Hilfsstromversorgung.

Einsatz von Brennstoffzellen / Zellen in Verteilnetzen

Kleine Blockheizkraftwerke sind für den Betrieb in einem dezentralen Stromerzeugungsnetz ausgelegt, das aus einer großen Anzahl kleiner Stromerzeuger anstelle eines zentralen Kraftwerks besteht.

Die folgende Abbildung zeigt die Effizienzverluste der Stromerzeugung, wenn diese in KWK-Anlagen erzeugt und über die derzeit verwendeten traditionellen Stromübertragungsnetze an die Häuser übertragen wird. Effizienzverluste aus der zentralen Erzeugung umfassen Verluste aus dem Kraftwerk, der Nieder- und Hochspannungsübertragung sowie Verteilungsverlusten.

Die Abbildung zeigt die Ergebnisse der Integration kleiner thermischer Kraftwerke: Strom wird mit einem Erzeugungswirkungsgrad von bis zu 60 % am Einsatzort erzeugt. Darüber hinaus kann der Haushalt die von den Brennstoffzellen erzeugte Wärme zum Heizen des Wassers und der Räumlichkeiten nutzen, was die Gesamtenergieeffizienz des Brennstoffs erhöht und die Energieeinsparung erhöht.

Mit Brennstoffzellen die Umwelt schützen – Nutzung von Erdölbegleitgas

Eine der wichtigsten Aufgaben in der Erdölindustrie ist die Nutzung von Erdölbegleitgas. Die bestehenden Verfahren zur Nutzung von Erdölbegleitgas haben viele Nachteile, vor allem, dass sie wirtschaftlich unrentabel sind. Erdölbegleitgas wird verbrannt, was der Umwelt und der menschlichen Gesundheit großen Schaden zufügt.

Innovative Brennstoffzellen-Heizkraftwerke mit Erdölbegleitgas als Brennstoff eröffnen eine radikale und kostengünstige Lösung der Probleme der Erdölbegleitgasnutzung.

1. Einer der Hauptvorteile von Brennstoffzellenanlagen besteht darin, dass sie mit variablem Erdölbegleitgas zuverlässig und stabil arbeiten können. Aufgrund der flammenlosen chemischen Reaktion, die dem Betrieb der Brennstoffzelle zugrunde liegt, führt eine Verringerung des Anteils von beispielsweise Methan nur zu einer entsprechenden Verringerung der Leistungsabgabe.
2. Flexibilität in Bezug auf die elektrische Belastung der Verbraucher, Abfall, Laststoß.
3. Für die Installation und den Anschluss von Heizkraftwerken auf Brennstoffzellen erfordert deren Umsetzung keine Investitionen, da die geräte lassen sich leicht an unvorbereiteten feldern in feldnähe montieren, sind komfortabel in der bedienung, zuverlässig und effizient.
4. Hohe Automatisierung und moderne Fernsteuerung erfordern keine ständige Anwesenheit von Personal an der Anlage.
5. Einfachheit und technische Perfektion des Designs: Der Verzicht auf bewegliche Teile, Reibung, Schmiersysteme bietet erhebliche wirtschaftliche Vorteile beim Betrieb von Brennstoffzellenanlagen.
6. Wasserverbrauch: bei Umgebungstemperaturen bis +30 °C keiner und bei höheren Temperaturen vernachlässigbar.
7. Wasserauslass: fehlt.
8. Darüber hinaus machen Brennstoffzellen-Heizkraftwerke keinen Lärm, vibrieren, keine schädlichen Emissionen in die Atmosphäre abgeben

Brennstoffzelle- Was ist das? Wann und wie ist es erschienen? Warum wird es gebraucht und warum wird in unserer Zeit so oft darüber gesprochen? Was sind ihr Umfang, ihre Eigenschaften und Eigenschaften? Unaufhaltsamer Fortschritt erfordert Antworten auf all diese Fragen!

Was ist eine Brennstoffzelle?

Brennstoffzelle ist eine chemische Stromquelle oder ein elektrochemischer Generator, eine Vorrichtung zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie. Im modernen Leben werden chemische Stromquellen überall verwendet und sind Batterien für Mobiltelefone, Laptops, PDAs sowie Akkus in Autos, unterbrechungsfreie Stromversorgungen usw. Der nächste Entwicklungsschritt in diesem Bereich wird die Allgegenwart von Brennstoffzellen sein, und das ist bereits eine unumstößliche Tatsache.

Die Geschichte der Brennstoffzellen

Die Geschichte der Brennstoffzellen ist eine andere Geschichte darüber, wie die Eigenschaften der Materie, die einst auf der Erde entdeckt wurde, weit im Weltraum Anwendung fanden und um die Jahrtausendwende vom Himmel auf die Erde zurückkehrten.

Alles begann im Jahr 1839 als der deutsche Chemiker Christian Schönbein im Philosophical Journal die Prinzipien der Brennstoffzelle veröffentlichte. Im selben Jahr entwarf ein Engländer, ein Absolvent der Universität Oxford, William Robert Grove eine galvanische Zelle, die später als galvanische Zelle von Grove bezeichnet wurde und auch als erste Brennstoffzelle anerkannt wird. Schon im Jubiläumsjahr – 1889 – wurde der Erfindung der Name „Brennstoffzelle“ verliehen. Ludwig Mond und Karl Langer sind die Autoren des Begriffs.

Etwas früher, im Jahr 1874, sagte Jules Verne in seinem Roman „Die mysteriöse Insel“ die aktuelle Energiesituation voraus und schrieb: „Wasser wird eines Tages als Brennstoff verwendet, Wasserstoff und Sauerstoff werden verwendet werden“.

Inzwischen wurde die neue Stromversorgungstechnologie nach und nach verbessert, und seit den 50er Jahren des XX Jahrhunderts ist kein Jahr vergangen, in dem die neuesten Erfindungen auf diesem Gebiet nicht angekündigt wurden. 1958 erschien der erste Brennstoffzellen-Traktor in den Vereinigten Staaten, 1959. ein 5kW Netzteil für ein Schweißgerät wurde freigegeben usw. In den 70er Jahren hob die Wasserstofftechnologie ins All ab: Flugzeuge und Wasserstoff-Raketentriebwerke tauchten auf. In den 60er Jahren entwickelte RSC Energia Brennstoffzellen für das sowjetische Mondprogramm. Auch das Buran-Programm kam nicht ohne sie aus: Es wurden 10 kW alkalische Brennstoffzellen entwickelt. Und gegen Ende des Jahrhunderts überquerten Brennstoffzellen die Nullhöhe über dem Meeresspiegel - auf ihrer Basis Energieversorgung Deutsches U-Boot. Zurück zur Erde wurde 2009 die erste Lokomotive in den USA in Betrieb genommen. Natürlich auf Brennstoffzellen.

Das Interessante an der schönen Geschichte der Brennstoffzelle ist, dass das Rad noch immer eine einzigartige Erfindung in der Natur ist. Tatsache ist, dass Brennstoffzellen in Aufbau und Funktionsweise einer biologischen Zelle ähnlich sind, bei der es sich um eine Miniatur-Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle handelt. Dadurch hat der Mensch wieder einmal erfunden, was die Natur seit Jahrmillionen nutzt.

Wie Brennstoffzellen funktionieren

Das Funktionsprinzip von Brennstoffzellen ist bereits aus dem Lehrplan der Chemie ersichtlich, und er war es, der 1839 in den Experimenten von William Grove festgelegt wurde. Die Sache ist, dass der Prozess der Wasserelektrolyse (Wasserdissoziation) reversibel ist. So wie sich beim Durchfließen von elektrischem Strom Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet, so ist auch das Gegenteil der Fall: Wasserstoff und Sauerstoff lassen sich zu Wasser und Strom verbinden. In Groves Experiment wurden zwei Elektroden in einer Kammer platziert, in die begrenzte Portionen von reinem Wasserstoff und Sauerstoff unter Druck zugeführt wurden. Aufgrund der geringen Gasvolumina sowie aufgrund der chemischen Eigenschaften von Kohlenstoffelektroden fand in der Kammer eine langsame Reaktion unter Freisetzung von Wärme, Wasser und vor allem unter Ausbildung einer Potentialdifferenz zwischen den Elektroden statt .

Die einfachste Brennstoffzelle besteht aus einer speziellen Membran als Elektrolyt, auf die beidseitig pulverförmige Elektroden aufgebracht sind. Wasserstoff geht zur einen Seite (Anode) und Sauerstoff (Luft) zur anderen (Kathode). An jeder Elektrode laufen unterschiedliche chemische Reaktionen ab. An der Anode zerfällt Wasserstoff in ein Gemisch aus Protonen und Elektronen. Bei einigen Brennstoffzellen sind die Elektroden von einem Katalysator umgeben, meist aus Platin oder anderen Edelmetallen, die die Dissoziationsreaktion erleichtern:

2H 2 → 4H + + 4e -

wobei H 2 ein zweiatomiges Wasserstoffmolekül ist (die Form, in der Wasserstoff in Form eines Gases vorliegt); H + – ionisierter Wasserstoff (Proton); e - - Elektron.

Auf der Kathodenseite der Brennstoffzelle vereinigen sich Protonen (die durch den Elektrolyten geleitet wurden) und Elektronen (die durch eine externe Last geleitet wurden) und reagieren mit dem der Kathode zugeführten Sauerstoff zu Wasser:

4H + + 4e - + O 2 → 2H 2 O

Gesamtreaktion In einer Brennstoffzelle wird es so geschrieben:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

Der Betrieb einer Brennstoffzelle beruht darauf, dass der Elektrolyt Protonen durch sich selbst (zur Kathode) leitet, Elektronen jedoch nicht. Elektronen bewegen sich entlang eines äußeren Leiterkreises zur Kathode. Diese Elektronenbewegung ist ein elektrischer Strom, der verwendet werden kann, um ein externes Gerät anzutreiben, das an eine Brennstoffzelle angeschlossen ist (Last, zum Beispiel eine Glühbirne):

Brennstoffzellen verwenden bei ihrer Arbeit Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff. Am einfachsten geht es mit Sauerstoff - er wird aus der Luft gewonnen. Wasserstoff kann direkt aus einem Behälter geliefert oder von einer externen Brennstoffquelle (Erdgas, Benzin oder Methylalkohol - Methanol) getrennt werden. Im Fall einer externen Quelle muss es chemisch umgewandelt werden, um Wasserstoff zu extrahieren. Derzeit verwenden die meisten Brennstoffzellentechnologien, die für tragbare Geräte entwickelt wurden, Methanol.

Brennstoffzelleneigenschaften

Brennstoffzellen sind analog zu bestehenden Batterien in dem Sinne, dass in beiden Fällen elektrische Energie aus chemischer Energie gewonnen wird. Aber es gibt auch grundlegende Unterschiede:

• sie funktionieren nur, solange der Brennstoff und das Oxidationsmittel von einer externen Quelle stammen (d. h. sie können keine elektrische Energie speichern),

  die chemische Zusammensetzung des Elektrolyten ändert sich während des Betriebs nicht (die Brennstoffzelle muss nicht aufgeladen werden),

  sie sind völlig unabhängig von Strom (herkömmliche Batterien speichern Energie aus dem Stromnetz).

Jede Brennstoffzelle erzeugt Spannung in 1V... Durch Reihenschaltung wird eine höhere Spannung erreicht. Die Leistungssteigerung (Strom) wird durch die Parallelschaltung von Kaskaden von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen realisiert.

Brennstoffzellen keine harte Grenze für die Effizienz wie bei Wärmekraftmaschinen (der Wirkungsgrad des Carnot-Zyklus ist der maximal mögliche Wirkungsgrad unter allen Wärmekraftmaschinen mit gleichen Mindest- und Höchsttemperaturen).

Hohe Effizienz wird durch die direkte Umwandlung von Brennstoffenergie in Strom erreicht. Wird Kraftstoff zunächst in einem Dieselaggregat verbrannt, treibt der entstehende Dampf oder das Gas eine Turbine oder die Welle eines Verbrennungsmotors an, die wiederum einen elektrischen Generator antreibt. Das Ergebnis ist ein Wirkungsgrad von maximal 42%, häufiger sind es etwa 35-38%. Darüber hinaus ist aufgrund der Vielzahl von Verknüpfungen sowie aufgrund thermodynamischer Begrenzungen des maximalen Wirkungsgrades von Wärmekraftmaschinen eine Erhöhung des bestehenden Wirkungsgrades unwahrscheinlich. Bestehende Brennstoffzellen Die Effizienz beträgt 60-80%,

Effizienz fast hängt nicht vom Lastfaktor ab,

Die Kapazität ist um ein Vielfaches höher als bei bestehenden Batterien,

Vollständig keine umweltschädlichen Emissionen... Es werden nur sauberer Wasserdampf und thermische Energie freigesetzt (im Gegensatz zu Dieselgeneratoren, die umweltschädliche Abgase haben und entfernt werden müssen).

Brennstoffzellentypen

Brennstoffzellen klassifiziert aus folgenden Gründen:

nach Kraftstoffverbrauch,

durch Arbeitsdruck und Temperatur,

nach der Art der Bewerbung.

Generell wird unterschieden: Brennstoffzellentypen:

Festoxidbrennstoffzellen (SOFC)

Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC);

Reversible Brennstoffzelle (RFC)

Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC);

Brennstoffzellen mit geschmolzenem Karbonat (MCFC);

Phosphorsäure-Brennstoffzellen (PAFC);

Alkalische Brennstoffzellen (AFC).

Eine der Arten von Brennstoffzellen, die bei normalen Temperaturen und Drücken unter Verwendung von Wasserstoff und Sauerstoff betrieben werden, sind Ionenaustauschermembranzellen. Das entstehende Wasser löst den Festelektrolyten nicht auf, fließt nach unten und wird leicht abgeführt.

Probleme mit Brennstoffzellen

Das Hauptproblem bei Brennstoffzellen ist der Bedarf an „verpacktem“ Wasserstoff, der frei käuflich erworben werden könnte. Natürlich sollte das Problem im Laufe der Zeit gelöst werden, aber bisher sorgt die Situation für ein leichtes Schmunzeln: Was kommt zuerst - das Huhn oder das Ei? Brennstoffzellen sind noch nicht weit genug, um Wasserstoffanlagen zu bauen, aber ihre Fortschritte sind ohne diese Anlagen undenkbar. Hier bemerken wir das Problem der Wasserstoffquelle. Derzeit wird Wasserstoff aus Erdgas gewonnen, aber die Verteuerung der Energieträger wird auch den Wasserstoffpreis erhöhen. In diesem Fall ist die Anwesenheit von CO und H 2 S (Schwefelwasserstoff) im Wasserstoff aus Erdgas unvermeidlich, die den Katalysator vergiften.

Herkömmliche Platinkatalysatoren verwenden ein sehr teures und natürlich unersetzliches Metall - Platin. Es ist jedoch geplant, dieses Problem durch den Einsatz von Katalysatoren auf Basis von Enzymen zu lösen, bei denen es sich um billige und einfach herzustellende Substanzen handelt.

Auch die erzeugte Wärme ist ein Problem. Der Wirkungsgrad steigt stark an, wenn die erzeugte Wärme in einen Nutzkanal geleitet wird - um Wärmeenergie für das Wärmeversorgungssystem zu erzeugen, diese als Abwärme in der Absorption nutzen Kältemaschinen usw.

Methanol-Brennstoffzellen (DMFC): Reale Anwendungen

Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC) sind heute von höchstem praktischen Interesse. Ein Portege M100 Laptop, der von einer DMFC-Brennstoffzelle angetrieben wird, sieht so aus:

Ein typischer Kreislauf eines DMFC-Elements enthält neben Anode, Kathode und Membran mehrere zusätzliche Komponenten: eine Tankpatrone, einen Methanolsensor, eine Kraftstoffumwälzpumpe, eine Luftpumpe, einen Wärmetauscher usw.

Die Betriebszeit beispielsweise eines Laptops gegenüber Akkus soll um das Vierfache (bis zu 20 Stunden), eines Mobiltelefons erhöht werden - bis zu 100 Stunden im Aktivmodus und bis zu sechs Monate im Standby-Modus. Die Aufladung erfolgt durch Zugabe einer Portion flüssigen Methanols.

Die Hauptaufgabe besteht darin, nach Möglichkeiten zu suchen, die Methanollösung mit ihrer höchsten Konzentration einzusetzen. Das Problem ist, dass Methanol ein ziemlich starkes Gift ist, das in Dosen von mehreren zehn Gramm tödlich ist. Die Methanolkonzentration wirkt sich jedoch direkt auf die Dauer der Arbeit aus. Wurde zuvor eine 3-10%-ige Methanollösung verwendet, sind bereits Mobiltelefone und PDAs mit einer 50%-Lösung erschienen, und 2008 erhielten MTI MicroFuel Cells und wenig später Toshiba-Spezialisten unter Laborbedingungen Brennstoffzellen, die mit Brennstoffzellen betrieben wurden reines Methanol.

Brennstoffzellen sind die Zukunft!

Der Beweis für die große Zukunft der Brennstoffzellen zeigt sich schließlich darin, dass die internationale Organisation IEC (International Electrotechnical Commission), die Industriestandards für elektronische Geräte definiert, bereits die Bildung einer Arbeitsgruppe angekündigt hat, um einen internationalen Standard für Miniaturbrennstoffzellen.

Brennstoffzelle Ist ein elektrochemisches Gerät, ähnlich einer galvanischen Zelle, unterscheidet sich jedoch davon dadurch, dass ihr von außen Stoffe für eine elektrochemische Reaktion zugeführt werden - im Gegensatz zu der begrenzten Energiemenge, die in einer galvanischen Zelle oder Batterie gespeichert ist.

Reis. 1. Einige Brennstoffzellen

Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie des Brennstoffs in Strom um und umgehen dabei ineffektive Verbrennungsprozesse mit großen Verlusten. Sie wandeln durch eine chemische Reaktion Wasserstoff und Sauerstoff in Strom um. Als Ergebnis dieses Prozesses wird Wasser gebildet und eine große Menge Wärme freigesetzt. Eine Brennstoffzelle ist einer Batterie sehr ähnlich, die geladen und dann mit gespeicherter elektrischer Energie verbraucht werden kann. Als Erfinder der Brennstoffzelle gilt William R. Grove, der sie bereits 1839 erfunden hat. In dieser Brennstoffzelle wurde als Elektrolyt eine Schwefelsäurelösung und als Brennstoff Wasserstoff verwendet, der sich mit Sauerstoff in einem oxidierenden Medium verbindet. Bis vor kurzem wurden Brennstoffzellen nur in Labors und auf Raumfahrzeugen eingesetzt.

Reis. 2.

Im Gegensatz zu anderen Stromerzeugern wie Verbrennungsmotoren oder Turbinen, die mit Gas, Kohle, Heizöl usw. betrieben werden, verbrennen Brennstoffzellen keinen Kraftstoff. Das bedeutet keine lauten Hochdruckrotoren, keine lauten Auspuffgeräusche, keine Vibrationen. Brennstoffzellen erzeugen Strom durch eine stille elektrochemische Reaktion. Ein weiteres Merkmal von Brennstoffzellen ist, dass sie die chemische Energie des Brennstoffs direkt in Strom, Wärme und Wasser umwandeln.

Brennstoffzellen sind hocheffizient und produzieren keine großen Mengen an Treibhausgasen wie Kohlendioxid, Methan und Stickoxid. Die einzigen Emissionen von Brennstoffzellen sind Wasser in Form von Wasserdampf und eine geringe Menge Kohlendioxid, das bei Verwendung von reinem Wasserstoff als Brennstoff überhaupt nicht emittiert wird. Brennstoffzellen werden zu Baugruppen und dann zu separaten Funktionsmodulen zusammengebaut.

Brennstoffzellen haben keine beweglichen Teile (zumindest innerhalb der Zelle selbst) und gehorchen daher nicht dem Carnotschen Gesetz. Das heißt, sie haben einen Wirkungsgrad von mehr als 50 % und sind besonders effektiv bei niedrigen Lasten. Damit können (und haben sich bereits erwiesen) Brennstoffzellenfahrzeuge im realen Fahrbetrieb wirtschaftlicher als konventionelle Fahrzeuge.

Die Brennstoffzelle erzeugt einen elektrischen Strom mit konstanter Spannung, der verwendet werden kann, um einen Elektromotor, Beleuchtungskörper und andere elektrische Systeme in einem Fahrzeug anzutreiben.

Es gibt verschiedene Arten von Brennstoffzellen, die sich in den verwendeten chemischen Prozessen unterscheiden. Brennstoffzellen werden normalerweise nach der Art des verwendeten Elektrolyten klassifiziert.

Einige Arten von Brennstoffzellen sind vielversprechend für den Einsatz als Kraftwerke für Kraftwerke, andere - für tragbare Geräte oder zum Autofahren.

1. Alkalische Brennstoffzellen (SHFC)

Alkalische Brennstoffzelle- Dies ist eines der allerersten Elemente, die entwickelt wurden. Alkalische Brennstoffzellen (ALFC) sind eine der am besten untersuchten Technologien, die die NASA seit Mitte der 1960er Jahre in den Programmen Apollo und Space Shuttle verwendet. An Bord dieser Raumschiffe produzieren Brennstoffzellen Strom und Trinkwasser.

Reis. 3.

Alkalische Brennstoffzellen sind eines der effizientesten Elemente zur Stromerzeugung mit einem Wirkungsgrad der Stromerzeugung von bis zu 70 %.

Alkalische Brennstoffzellen verwenden einen Elektrolyten, d. h. eine wässrige Lösung von Kaliumhydroxid, die in einer porösen stabilisierten Matrix enthalten ist. Die Konzentration von Kaliumhydroxid kann je nach Betriebstemperatur der Brennstoffzelle variieren, die von 65 °C bis 220 °C reicht. Der Ladungsträger in SHFC ist ein Hydroxyl-Ion (OH-), das von der Kathode zur Anode wandert, wo es mit Wasserstoff reagiert und dabei Wasser und Elektronen erzeugt. Das an der Anode erzeugte Wasser gelangt zurück zur Kathode und erzeugt dort wieder Hydroxylionen. Diese Abfolge von Reaktionen in der Brennstoffzelle erzeugt Strom und als Nebenprodukt Wärme:

Reaktion an der Anode: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e

Kathodenreaktion: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH

Allgemeine Systemantwort: 2H2 + O2 => 2H2O

Der Vorteil von SHFCs besteht darin, dass diese Brennstoffzellen am billigsten in der Herstellung sind, da der Katalysator, der auf den Elektroden benötigt wird, alle Substanzen sein kann, die billiger sind als die, die als Katalysatoren für andere Brennstoffzellen verwendet werden. Darüber hinaus arbeiten SCHE bei relativ niedrigen Temperaturen und gehören zu den effizientesten.

Eine der charakteristischen Eigenschaften von SHFCs ist ihre hohe Empfindlichkeit gegenüber CO2, das in Kraftstoff oder Luft enthalten sein kann. CO2 reagiert mit dem Elektrolyten, vergiftet ihn schnell und reduziert den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle stark. Daher ist der Einsatz von SHTE auf geschlossene Räume wie Weltraum- und Unterwasserfahrzeuge beschränkt, sie arbeiten mit reinem Wasserstoff und Sauerstoff.

2. Brennstoffzellen auf Basis von Schmelzkarbonat (RKTE)

Brennstoffzellen mit geschmolzenem Karbonatelektrolyt sind Hochtemperatur-Brennstoffzellen. Die hohe Betriebstemperatur ermöglicht die direkte Nutzung von Erdgas ohne Prozessorbrennstoff und Brenngas mit niedrigem Heizwert für industrielle Prozesse und andere Quellen. Dieses Verfahren wurde Mitte der 60er Jahre des 20. Jahrhunderts entwickelt. Seitdem wurden Produktionstechnologie, Leistung und Zuverlässigkeit verbessert.

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Der Betrieb von RKTE unterscheidet sich von anderen Brennstoffzellen. Diese Zellen verwenden einen Elektrolyten aus einer Mischung von geschmolzenen Karbonatsalzen. Derzeit sind zwei Arten von Mischungen im Einsatz: Lithiumcarbonat und Kaliumcarbonat oder Lithiumcarbonat und Natriumcarbonat. Um Karbonatsalze aufzuschmelzen und eine hohe Ionenbeweglichkeit im Elektrolyten zu erreichen, arbeiten Brennstoffzellen mit geschmolzenem Karbonatelektrolyt bei hohen Temperaturen (650 °C). Der Wirkungsgrad variiert zwischen 60-80%.

Beim Erhitzen auf 650 ° C werden die Salze zu einem Leiter für Karbonationen (CO32-). Diese Ionen wandern von der Kathode zur Anode, wo sie sich mit Wasserstoff zu Wasser, Kohlendioxid und freien Elektronen verbinden. Diese Elektronen werden über einen externen Stromkreis zurück zur Kathode geleitet und erzeugen als Nebenprodukt elektrischen Strom und Wärme.

Anodenreaktion: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e

Kathodenreaktion: CO2 + 1 / 2O2 + 2e- => CO32-

Allgemeine Reaktion des Elements: H2 (g) + 1 / 2O2 (g) + CO2 (Kathode) => H2O (g) + CO2 (Anode)

Die hohen Betriebstemperaturen von Brennstoffzellen mit geschmolzenem Karbonatelektrolyt haben bestimmte Vorteile. Der Vorteil ist die Möglichkeit, Standardmaterialien (Edelstahlblech und Nickelkatalysator an den Elektroden) zu verwenden. Die Abwärme kann zur Erzeugung von Hochdruckdampf genutzt werden. Auch hohe Reaktionstemperaturen im Elektrolyten haben Vorteile. Die Verwendung hoher Temperaturen benötigt lange, um optimale Betriebsbedingungen zu erreichen, und das System reagiert langsamer auf Änderungen des Energieverbrauchs. Diese Eigenschaften ermöglichen den Einsatz von Brennstoffzellenanlagen mit geschmolzenem Karbonatelektrolyt unter konstanten Leistungsbedingungen. Hohe Temperaturen verhindern Schäden durch Kohlenmonoxid an der Brennstoffzelle, Vergiftungen und mehr.

Brennstoffzellen mit Schmelzkarbonat-Elektrolyt eignen sich für den Einsatz in großen stationären Anlagen. Thermische Kraftwerke mit einer elektrischen Leistung von 2,8 MW werden industriell hergestellt. Es werden Anlagen mit einer Ausgangsleistung von bis zu 100 MW entwickelt.

3. Brennstoffzellen auf Basis von Phosphorsäure (FCTE)

Brennstoffzellen auf Basis von Phosphorsäure (Orthophosphorsäure) wurde die erste Brennstoffzellen für den kommerziellen Einsatz. Dieses Verfahren wurde Mitte der 60er Jahre des 20. Jahrhunderts entwickelt, Tests werden seit den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts durchgeführt. Als Ergebnis wurden Stabilität und Leistung erhöht und die Kosten reduziert.

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Brennstoffzellen auf Basis von Phosphorsäure (Orthophosphorsäure) verwenden einen Elektrolyten auf Basis von Phosphorsäure (H3PO4) mit einer Konzentration von bis zu 100 %. Die Ionenleitfähigkeit von Phosphorsäure ist bei niedrigen Temperaturen gering, daher werden diese Brennstoffzellen bei Temperaturen bis 150-220 ° C eingesetzt.

Der Ladungsträger in diesem Brennstoffzellentyp ist Wasserstoff (H +, Proton). Ein ähnlicher Vorgang läuft in Brennstoffzellen mit einer Protonenaustauschmembran (MOPTE) ab, bei der der der Anode zugeführte Wasserstoff in Protonen und Elektronen getrennt wird. Protonen wandern durch den Elektrolyten und verbinden sich mit Sauerstoff aus der Luft an der Kathode zu Wasser. Elektronen werden durch einen externen Stromkreis geleitet, um elektrischen Strom zu erzeugen. Unten sind die Reaktionen, die elektrischen Strom und Wärme erzeugen.

Reaktion an der Anode: 2H2 => 4H + + 4e

Kathodenreaktion: O2 (g) + 4H + + 4e- => 2H2O

Allgemeine Reaktion des Elements: 2H2 + O2 => 2H2O

Der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen auf Basis von Phosphorsäure (Orthophosphorsäure) liegt bei über 40 % bei der Erzeugung elektrischer Energie. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung liegt der Gesamtwirkungsgrad bei rund 85 %. Darüber hinaus kann die Abwärme aufgrund der Betriebstemperaturen zur Wassererwärmung und zur Dampferzeugung bei Atmosphärendruck genutzt werden.

Die hohe Leistungsfähigkeit thermischer Kraftwerke mit Brennstoffzellen auf Basis von Phosphorsäure (Orthophosphorsäure) bei der kombinierten Erzeugung von Wärme und Strom ist einer der Vorteile dieses Brennstoffzellentyps. Die Anlagen verwenden Kohlenmonoxid mit einer Konzentration von ca. 1,5 %, was die Brennstoffauswahl deutlich erweitert. Einfache Bauweise, geringe Elektrolytflüchtigkeit und erhöhte Stabilität sind ebenfalls Vorteile solcher Brennstoffzellen.

Thermische Kraftwerke mit einer elektrischen Ausgangsleistung von bis zu 400 kW werden industriell hergestellt. Anlagen mit einer Leistung von 11 MW haben die entsprechenden Tests bestanden. Es werden Anlagen mit einer Ausgangsleistung von bis zu 100 MW entwickelt.

4. Brennstoffzellen mit einer Protonenaustauschmembran (MOPTE)

Brennstoffzellen mit Protonenaustauschmembran gelten als die beste Art von Brennstoffzellen zur Stromerzeugung für Fahrzeuge, die Benzin- und Dieselverbrennungsmotoren ersetzen können. Diese Brennstoffzellen wurden erstmals von der NASA für das Gemini-Programm eingesetzt. Installationen auf MOPTE mit einer Leistung von 1W bis 2 kW wurden entwickelt und gezeigt.

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Der Elektrolyt in diesen Brennstoffzellen ist eine feste Polymermembran (dünne Kunststofffolie). In Wasser eingeweicht, lässt dieses Polymer Protonen durch, leitet jedoch keine Elektronen.

Der Brennstoff ist Wasserstoff und der Ladungsträger ist ein Wasserstoffion (Proton). An der Anode wird ein Wasserstoffmolekül in ein Wasserstoffion (Proton) und Elektronen gespalten. Wasserstoffionen gelangen durch den Elektrolyten zur Kathode, während sich Elektronen im äußeren Kreis bewegen und elektrische Energie erzeugen. Sauerstoff, der der Luft entnommen wird, wird der Kathode zugeführt und verbindet sich mit Elektronen und Wasserstoffionen zu Wasser. An den Elektroden laufen folgende Reaktionen ab: Reaktion an der Anode: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e Reaktion an der Kathode: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH Gesamtzellreaktion: 2H2 + O2 => 2H2O im Vergleich zu anderen Brennstoffzellentypen, Brennstoffzellen eine Protonenaustauschmembran produziert mehr Energie für ein gegebenes Volumen oder Gewicht einer Brennstoffzelle. Diese Funktion ermöglicht es ihnen, kompakt und leicht zu sein. Darüber hinaus beträgt die Betriebstemperatur weniger als 100 ° C, was eine schnelle Inbetriebnahme ermöglicht. Diese Eigenschaften sowie die Fähigkeit, die Energieabgabe schnell zu ändern, sind nur einige der Gründe, die diese Brennstoffzellen zu einem erstklassigen Kandidaten für den Einsatz in Fahrzeugen machen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Elektrolyt fest und nicht flüssig ist. Mit einem Festelektrolyten ist es einfacher, Gase an Kathode und Anode zu halten, daher sind solche Brennstoffzellen billiger herzustellen. Bei Verwendung eines Festelektrolyten gibt es keine Orientierungsschwierigkeiten und weniger Probleme durch auftretende Korrosion, was die Lebensdauer der Zelle und ihrer Komponenten erhöht.

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5. Festoxidbrennstoffzellen (SOFC)

Festoxidbrennstoffzellen sind die Brennstoffzellen mit der höchsten Betriebstemperatur. Die Betriebstemperatur kann von 600 °C bis 1000 °C variiert werden, wodurch unterschiedliche Kraftstoffarten ohne spezielle Vorbehandlung verwendet werden können. Um diesen hohen Temperaturen standzuhalten, wird als Elektrolyt ein dünnes, festes Metalloxid auf Keramikbasis verwendet, oft eine Legierung aus Yttrium und Zirkonium, das Sauerstoff (O2-)-Ionen leitet. Die Technologie der Verwendung von Festoxid-Brennstoffzellen entwickelt sich seit den späten 1950er Jahren und hat zwei Konfigurationen: planar und röhrenförmig.

Festelektrolyt sorgt für einen hermetisch abgedichteten Gasübergang von einer Elektrode zur anderen, während sich Flüssigelektrolyte in einem porösen Substrat befinden. Der Ladungsträger dieser Brennstoffzelle ist ein Sauerstoffion (O2-). An der Kathode werden Sauerstoffmoleküle aus der Luft in ein Sauerstoffion und vier Elektronen getrennt. Sauerstoffionen passieren den Elektrolyten und verbinden sich mit Wasserstoff zu vier freien Elektronen. Elektronen werden durch einen externen Stromkreis geleitet, wodurch elektrischer Strom und Abwärme erzeugt werden.

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Reaktion an der Anode: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e

Kathodenreaktion: O2 + 4e- => 2O2-

Allgemeine Reaktion des Elements: 2H2 + O2 => 2H2O

Der Wirkungsgrad der Stromerzeugung ist der höchste aller Brennstoffzellen - etwa 60 %. Darüber hinaus ermöglichen hohe Betriebstemperaturen die Kraft-Wärme-Kopplung zur Erzeugung von Hochdruckdampf. Die Kombination einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einer Turbine ermöglicht die Schaffung einer Hybrid-Brennstoffzelle, um den Wirkungsgrad der Stromerzeugung um bis zu 70 % zu steigern.

Festoxidbrennstoffzellen arbeiten bei sehr hohen Temperaturen (600°C-1000°C), was lange dauert, um optimale Betriebsbedingungen zu erreichen, und das System reagiert langsamer auf Änderungen des Energieverbrauchs. Bei solch hohen Betriebstemperaturen ist kein Konverter erforderlich, um Wasserstoff aus dem Brennstoff zurückzugewinnen, was es dem Wärmekraftwerk ermöglicht, mit relativ unreinen Brennstoffen zu arbeiten, die aus der Vergasung von Kohle oder Abgasen und dergleichen resultieren. Außerdem eignet sich diese Brennstoffzelle hervorragend für den Hochleistungsbetrieb, einschließlich industrieller und großer zentraler Kraftwerke. Kommerziell werden Module mit einer elektrischen Ausgangsleistung von 100 kW hergestellt.

6. Brennstoffzellen mit direkter Methanoloxidation (POMTE)

Brennstoffzellen mit direkter Methanoloxidation Sie werden erfolgreich im Bereich der Stromversorgung von Mobiltelefonen, Laptops sowie zur Herstellung tragbarer Stromquellen eingesetzt, worauf die zukünftige Verwendung solcher Elemente abzielt.

Der Aufbau von Brennstoffzellen mit direkter Methanoloxidation ähnelt dem Aufbau von Brennstoffzellen mit einer Protonenaustauschmembran (MOPTE), d.h. Als Elektrolyt wird ein Polymer und als Ladungsträger ein Wasserstoffion (Proton) verwendet. Aber flüssiges Methanol (CH3OH) wird in Gegenwart von Wasser an der Anode unter Freisetzung von CO2, Wasserstoffionen und Elektronen, die über einen externen Stromkreis geschickt werden, oxidiert und ein elektrischer Strom erzeugt. Wasserstoffionen passieren den Elektrolyten und reagieren mit Sauerstoff aus der Luft und Elektronen aus dem externen Kreislauf zu Wasser an der Anode.

Reaktion an der Anode: CH3OH + H2O => CO2 + 6H + + 6e Reaktion an der Kathode: 3 / 2O2 + 6H + + 6e- => 3H2O Allgemeine Reaktion des Elements: CH3OH + 3 / 2O2 => CO2 + 2H2O Die Die Entwicklung solcher Brennstoffzellen wurde von Anfang an 90-x Jahre des 20. Jahrhunderts durchgeführt und ihre Leistungsdichte und Effizienz auf 40% erhöht.

Diese Elemente wurden in einem Temperaturbereich von 50-120°C getestet. Aufgrund der niedrigen Betriebstemperaturen und des fehlenden Umrichters sind solche Brennstoffzellen die besten Kandidaten für Anwendungen in Mobiltelefonen und anderen Konsumgütern sowie in Automobilmotoren. Ihr Vorteil ist auch die geringe Größe.

7. Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (PETE)

Bei Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen besteht die Polymermembran aus Polymerfasern mit Wasserbereichen, in denen die Leitfähigkeit von Wasserionen H2O + (Proton, rot) an das Wassermolekül gebunden ist. Wassermoleküle stellen aufgrund des langsamen Ionenaustauschs ein Problem dar. Daher ist sowohl im Brennstoff als auch an den Austrittselektroden eine hohe Wasserkonzentration erforderlich, die die Betriebstemperatur auf 100 °C begrenzt.

8. Festsäurebrennstoffzellen (TKTE)

In Festsäure-Brennstoffzellen enthält der Elektrolyt (CsHSO4) kein Wasser. Die Betriebstemperatur beträgt daher 100-300°C. Rotation von Oxyanionen SO42 - ermöglicht die Bewegung von Protonen (rot) wie in der Abbildung gezeigt. Typischerweise ist eine Festsäure-Brennstoffzelle ein Sandwich, bei dem eine sehr dünne Schicht einer Festsäure-Verbindung zwischen zwei fest zusammengedrückten Elektroden sandwichartig angeordnet ist, um einen guten Kontakt zu gewährleisten. Beim Erhitzen verdampft die organische Komponente und verlässt die Poren in den Elektroden, wobei die Fähigkeit zu Mehrfachkontakten zwischen dem Brennstoff (oder Sauerstoff am anderen Ende der Zellen), dem Elektrolyten und den Elektroden erhalten bleibt.

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9. Vergleich der wichtigsten Eigenschaften von Brennstoffzellen

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10. Einsatz von Brennstoffzellen in Autos

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