Referat Die Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle PEM

Die Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle PEM ist in ihrer Handhabung unkompliziert. Sie weist bei geringem Gewicht eine hohe Leistungsdichte auf und benötigt statt reinem Sauerstoff nur Luftsauerstoff als Reaktionsgas. Der Wasserstoff ist mit Hilfe eines Reformers zu erzeugen.

Empfindlich reagieren PEM Brennstoffzellen auf Kohlenmonoxid (CO). Diese Gas kann den Anodenkatalysator blockieren, was zu einem Leistungsabfall führt.

Als Elektrolyt kommt eine Protonenleitende Polymer-Elektrolyt-Feststoff-Membrane aus sulfoniertem Polymer zum Einsatz.

Die Leistungsabgabe einer PEM-Brennstoffzelle läßt sich mit sehr großer Dynamik regeln. Daher eignet sie sich hervorragend für den mobilen Einsatz und die dezentrale Energieversorgung.

Derzeit steht die PEMFC im Vordergrund der gesamten Brennstoffzellenentwicklung. Ein Grund hierfür ist das große Potential für die Massenfertigung dieses Zelltyps. So sollen die Kosten eines Zellblocks im Bereich von ca. 200 DM/kW zu liegen kommen.

Die PEM-Brennstoffzelle ist sehr flexibel in der Anwendung, vom Mobiltelefon über Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen bis zu Fahrzeugantrieben.

Die hier innerhalb der BEWAG Ausstellung zu besichtigende Brennstoffzelle funktioniert auch nach dem PEM Prinzip.

PEM-Brennstoffzellen-Antriebe werden inzwischen in zahlreichen Prototypfahrzeugen demonstriert. PKW, Kleinbusse und Stadtbusse werden die ersten Fahrzeugtypen sein, die mit PEM-Brennstoffzellen-Antrieben ausgerüstet und verkauft werden.

Lieferwagen und andere leichte Nutzfahrzeuge werden hinzukommen. Einzig schwere Lkw werden in absehbarer Zukunft wahrscheinlich nicht mit PEM-Brennstoffzellen-Antrieb angeboten werden, da sie eine sehr große Reichweite und damit einen sehr großen Wasserstofftank benötigen, und weil der Dieselmotor in großen Lkw sehr effizient ist.

Auch für Schienenfahrzeuge, z.B. für Straßenbahnen oder Regionalzüge, eignen sich PEM-Brennstoffzellen. Dadurch kann auf die Oberleitung verzichtet werden.

PEM-Brennstoffzellen eignen sich hervorragend zur Kraft-Wärme-Kopplung. Dies wird derzeit sowohl für kleine Anwendungen, z.B. Einfamilienhäuser, als auch für größere Gebäude wie z.B. Krankenhäuser, entwickelt.

Mit einer Kommerzialisierung ist innerhalb der nächsten zwei Jahre zu rechnen. Diese Systeme erzeugen den Wasserstoff in Reformern aus Erdgas oder Flüssiggas.

Tragbare Geräte, die eine elektrische Versorgung benötigen, sind ein weiteres Einsatzfeld von PEM-Brennstoffzellen. Ganz prominent ist dabei der Campingbereich. Aber auch Akku-Bohrschrauber oder Rasenmäher können mit PEM-Brennstoffzellen betrieben werden. Erste Brennstoffzellensysteme für Handys und Laptops wurden bereits entwickelt.

Schritt 1
Die in zwei Kreisläufen getrennten Gase Sauerstoff und Wasserstoff wandern vom Gasraum in den Katalysator.
Schritt 2
Die Wasserstoffmoleküle (H2) werden durch den Katalysator in zwei H+ Atome (Protonen) gespalten. Dabei gibt jedes Wasserstoffatom sein Elektron ab.
Schritt 3
Die Protonen wandern durch den Elektrolyten (Membran) zur Kathodenseite.
Schritt 4
Die Elektronen treten in die Anode ein und bewirken so einen elektrischen Stromfluß, der einen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt.
Schritt 5
Jeweils vier Elektronen an der Kathode rekombinieren mit einem Sauerstoffmolekül.
Schritt 6
Die nun entstandenen Sauerstoff-Ionen sind negativ geladen und wandern zu den positiv geladenen Protonen.
Schritt 7
Die Sauerstoff-Ionen geben ihre beiden negativen Ladungen an zwei Protonen ab und oxidieren mit diesen zu Wasser