Referat Referat ' brennstoffzelle '

_{Referat ' BRENNSTOFFZELLE '}

Der Erfinder:

Sir William Robert Grove entdeckte 9 die prinzipielle Arbeitsweise der heutigen Brennstoffzelle. In seiner sogenannten GASKETTE , eine Kombination von Wasserstoff- und Sauerstoffumsp lten Platinenelektronen in Schwefels ure, erzeugte er eine elektrische Spannung von etwa einem Volt. Das Hauptproblem bei dieser Konstruktion war die mangelnde Stabilität der verwendeten Werkstoff. Als dann Werner von Siemens den Drehstrohmgenerator entwickelte, fiel die Brennstoffzelle komplett in den Hintergrund. Als man daraufhin in den er Jahren aus milit rischem Zweck und für die Raumfahrt auf die Brennstoffzelle zurückgriff, weil man auf geringe Größe und Gewicht, anstatt auf den Preis geachtet hat. Heutzutage wird international an der Entwicklung der Brennstoffzelle gearbeitet. Die Brennstoffzelle erlebt momentan sozusagen eine Renaissance.

Aufbau und Funktion:

Brennstoffzellen kommen ohne Turbinen und Generatoren aus. Sie wandeln chemische Energie auf direktem Weg in elektrische Energie um.

Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden und dem

Elektrolyten. Die Anode wird mit dem Brennstaoff (z.B. Wasserstoff) und die Kathode mit dem Oxidationsmittel (Sauerstoff) versorgt, der Elektrolyt verbindet die beiden Elektroden miteinander. An der Anode Minuspol) wird der Brennstoff oxidiert. Die dabei abgegebenen Elektronen fließen ber den u eren Stromkreis zur Kathode Pluspol . Hier wird das Oxidationsmittel durch Elektronenaufnahme reduziert. Durch den Elektronenzufluss kann im Außeren Stromkreis Arbeit verrichtet werden. Der Ladungstransport in der

Brennstoffzelle wird durch die Ionenbewegung im Elektrolyten realisiert. Eine Brennstoffzelle liefert also wie eine Batterie oder ein Akkumulator elektrische Energie. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass bei der Brennstoffzelle die Elektroden selbst nicht chemisch umgewandelt werden. Bei st ndiger Brennstoffzufuhr kann kontinuierlich elektrische Energie entnommen werden. Eine einzelne Zelle liefert eine Gleichspannung von weniger als 1 Volt. Will man technisch nutzbare Spannung erzielen, schaltet man zahlreiche Einzelzellen in Serie. Aus Einzelzellen werden sogenannte Zellenstapel Stacks) sandwichartig aufgebaut. Technisch erreichen solche Stacks Spannungen bis etwa 0 Volt.

Brennstoffzellen - Blockheizkraftwerke:

Die Kraft - Wärme - Kopplung, die gleichzeitige Bereitstellung von Strom und Wärme, ist in Form von Blockheizkraftwerken bereits ein stetig wachsender Markt. Der Leistungsbereich reicht hier von einigen kW zur Versorgung von Wohneinheiten bis zu mehreren MW f r beispielsweise Krankenh user.

Brennstoffzellen werden mit PAFC - Brennstoffzellen betrieben. Sie werden mit Erdgas betrieben und erzeugen bis zu

0 kW W rmeleistung. Der elektrische Wirkungsgrad beträgt

% und der thermische Wirkungsgrad betr gt bis zu , so dass die Energie zu % ausgenutzt wird. Die wesentlichen Systemkomponenten für ein PAFC - Blockheizkraftwerke sind: Reformer mit Konverter, Brennstoffzelle, W rmetauscher und Wechselrichter. Im Reformer wird das vorgereinigte Erdgas mit überhitztem Wasserdampf vermischt und katalytisch bei etwa

C zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umgesetzt. Das Kohlenmonoxid reagiert dann im Konverter an einem Katalysator bei etwa C mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlendioxid. Dieses Prozeßgas wird kontinuierlich der Brennstoffzelle zugeführt.

Die Phosphors ure - Brennstoffzellen haben bereits einen hohen Entwicklungsstand erreicht. Ziel ist es, die hohen Kosten von derzeit DM auf DM zu senken, um die Wirtschaftlichkeitsgrenze zu erreichen.

Die Verschiedene Typen:

Alkalische Brennstoffzelle > wird besonders im Weltraum eingesetzt, Sauerstoff und Wasserstoff werden in Tanks flüssig mitgef hrt. Es hat nur 0 von dem Gewicht das Batterien haben.

Polymerelektrolytmembram Brennstoffzelle > diese Brennstoffzelle wird h ufig bei Automobilen eingesetzt. Sie hat die zwei- bis dreifache Effizienz gegenüber herkömmlichen Verbrennungsmotoren.

Karbonatschmelze Brennstoffzelle > sie hat einen sehr hohen Wirkungsgrad von % bis . Sie ist allerdings sehr teuer. Oxidkeramische Brennstoffzelle > sie hat niedrige Systemkosten.

Direktmethanol Brennstoffzelle > sie ist die absolut neuste

Brennstoffzelle und wird f r den mobilen Einsatz benötigt.

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Brennstoffzellen für die Automobilindustrie:

Die Brennstoffzelle ist eine alternative Antriebsart f r das Auto. Mit der Brennstoffzelle k nnen anstatt Verbrennungsmotoren Elektromotoren Verwendet werden. BMW hat unter anderen schon ein Auto mit Brennstoffzelle zum testen entwickelt. Das Auto hat einen Tank der 0 Liter fast und dieser reicht f r 0

Kilometer. Das Problem mit dem Platz f r die 0 Liter löst BMW so, dass sie das Gas extrem kühlen und dadurch verflüssigen. Dadurch muss der Tank sehr gut isoliert sein, damit die extreme Temperatur von - 3 C nicht berstiegen wird. Der Tank besteht aus 0 lagen Aluminiumfolie im Wechsel mit Glasfiebermatten. Aber jedoch die beste Isolierschicht kann verursachen dass siech der Tankinhalt am Tag um °C

erwärmt. Also muss das Auto regelm ßig gefahren werden, den der Wasserstoffverbrauch senkt den Druck.

Mercedes hat ebenfalls ein Testauto entwickelt, dass technisch weiter ist. Das Auto "NECAR II" wird nicht mit flüssigem Wasserstoff sondern mit komprimiertem Gas betankt. Die Experten der Automobilbauer sind der Meinung, dass die Brennstoffautos schwer im kommen sind, da die Autos Strom und Wasser produzieren. Jedoch keine Schadstoffe. Das Prinzip ist schon l nger bekannt als das des Verbrennungsmotors. Jedoch immer noch wesentlich teurer. Im "Necar II" kommen 0 Brennstoffzellen zum Einsatz. Eine solche Zelle liefert 6 Volt. Somit liefern alle 0 Zellen eine Leistung von 3 kW. In Autos werden die PEM - Brennstoffzellen verwendet. Diese ist folgendermaßen aufgebaut: Eine Protonenleitende Folie aus Kunststoff, die als Elektrolyt dient. Graphitpapier, das als Elektrode dient und Platin, als Katalysatorersatz.

Vor- und Nachteile: Nachteile:

Kosten von derzeit 0 0 DM kW sollten auf

_{0 - 0 DM kW.}

Das Gewicht und Volumen der Brennstoffzelleneinheit sollte reduziert werden.

Die Infrastruktur sollte ausgebaut werden (Tankstellen)

Das Auto sollte Akzeptiert werden.

Vorteile:

Keine schädlichen Abgas

Eigenproduzierend