Die Brennstoffzelle - Ein Überblick

Fach Chemie

Klasse 12

Autor Wimmer96

Veröffentlicht am 25.10.2018

Schlagwörter

Brennstoffzelle

Zusammenfassung

Diese Referat bezieht sich auf das Thema der Brennstoffzelle. Besonders in der heutigen Zeit, in der das Umweltbewusstsein immer weiter steigt bietet die Brennstoffzelle eine gute Alternative zu herkömmlichen Technologien. Hier soll der allgemeine Aufbau un die Funktionsweise beschrieben werden.

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Während der Ölkrise 1973 begannen amerikanische Firmen an der Entwicklung neuer
Brennstoffzellentypen zu arbeiten. Aufgrund des gestiegenen Umweltbewusstseins

wurden
Ende der 1980er Jahre die Forschungsanstrengungen erheblich verstärkt.

Besonders die Möglichkeit zur kohlenstoffdioxidfreien Erzeugung von elektrischer
Energie macht die Brennstoffzelle sowohl für stationäre als auch für mobile Nutzungen besonders
attraktiv, da das Anwendungsspektrum der Zelle somit von stationären System, wie der dezentralen
Strom- und Wärmeerzeugung bis hin zum Batterieeinsatz reicht.

Zuerst muss gesagt werden, dass Brennstoffzellen keine thermischen Maschinen, sondern galvanische Elemente sind.

Im Grunde genommen haben die verschiedenen Brennstoffzellentypen ein und denselben Aufbau:

In einer Brennstoffzelle werden aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrischer Strom und Wasser erzeugt.
Damit die chemische Energie in Elektrizität umgewandelt werden kann, dürfen die Reaktionspartner nicht in
direkten Kontakt geraten, da es hierbei nur zu einer normalen Verbrennung, beziehungsweise zu einer
Knallgasreaktion kommen würde. Jede Zelle enthält zwei Elektroden, die durch einen sogenannten
Elektrolyten getrennt sind. An der einen Elektrode, der sogenannten Anode, wird der Brennstoff,
der entweder aus reinem Wasserstoff oder einem wasserstoffreichen Gas besteht, zugeführt, wobei
das Brenngas oxidiert wird. Dabei entstehen Wasserstoffprotonen, welche auf Grund der Permeabilität
des Elektrolyten zur Kathode wandern. Da die Elektronen nicht in der Lage sind durch den jeweiligen
Elektrolyten zu gelangen, wandern sie aufgrund der Potentialdifferenz in den äußeren Stromkreis
und bewegen sich so von der Anode zur Kathode. Es fließt also elektrischer Strom. Betrachtet
man die Reaktion bei Standardbedingungen, also einem Druck von 1013 hPa und einer Temperatur
von 298,15 K , ergibt sich eine theoretische Zellspannung von 1,23 Volt.

Da allerdings bei der Verwendung der Zellen in der Praxis Verluste zu berücksichtigen sind, werden
hier Zellspannungen im Bereich zwischen 0,6-0,9 Volt erreicht. Da die Spannung einer Zelle nicht
ausreichen würde um bestimmte Geräte anzutreiben, versucht man höhere Spannungen zu erreichen.
Damit dies gelingt müssen mehrere Zellen in Reihe oder parallel geschaltet werden. Da die Reihenschaltung
der Form eines Stapels sehr ähnlich sieht, trägt sie das englische Wort für Stapel, nämlich „Stack“.

Die einzelnen Zellen werden über sogenannte bipolare Platten elektrisch miteinander verbunden und
die Versorgung mit Brennstoff und die Abführung des entstehenden Endprodukts Wasser werden über
Gasleitschichten gewährleistet.

Betrachtet man die Brennstoffzelle hinsichtlich ihres Arbeitsprinzips, ist
sie durchaus mit der Funktionsweise einer Batterie zu vergleichen, wobei der Unterschied darin liegt, dass
bei einer Batterie die chemische Energie im Inneren gespeichert wird, die Brennstoffzelle allerdings nur
als Energiewandler fungiert, da die Brennstoffe außerhalb der Zelle gelagert werden.
Außerdem sind Brennstoffzellen im Gegensatz zu einer Batterie beziehungsweise einem Akkumulatoren,
welche nur einmal entladbare Stromproduzenten oder wiederaufladbare Energiespeicher sind, in der Lage
kontinuierlich Strom zu erzeugen solange ihr kontinuierlich Brennstoffe von außen zugeführt werden.

Um nun abschließend zu einem Fazit zu gelangen und eine möglichen Ausblick in die Zukunft zu geben,
kann gesagt werden, dass die Brennstoffzelle eine hohe energie-und umweltpolitische Attraktivität auslöst.
Jedoch aufgrund der hohen Kosten und noch nicht ausgereiften Technik vieler Brennstoffzellentypen
wahrscheinlich in naher Zukunft in vielen Bereichen nicht realisierbar sein wird,
da noch sehr viele verschieden Aspekte, wie beispielsweise die Brennstoffversorgung zu klären sind.
Denn die effiziente und umweltfreundliche, sprich treibhausgasfreie Herstellung von Wasserstoff ist derzeit
sehr teuer.

Obwohl die Brennstoffzelle schon vor so langer Zeit entdeckt beziehungsweise entwickelt wurde,
blickt sie erst auf eine etwa 30-jährige intensive
Weiterentwicklung zurück, da niemand so recht an ihre Fähigkeiten glaubte und mögliche Einsatzbereiche nicht
erkannt wurden.
Der daraus resultierende schlechte Informationsstand lässt kein richtiges Urteil über das zukünftige
Entwicklungspotenzial der Zelle zu. Meiner Meinung nach wäre es sehr wichtig die
Forschung an der Zelle und somit den Entwicklungsstand
weiter voran zu treiben, da unsere Erde nicht unendlich lange Ressourcen wie Kohle, Erdgas oder
Erdöl bietet und auch wie in der Einleitung erwähnt, durch den anthropogenen Treibhauseffekt sehr
geschädigt wird. Deshalb benötigt die Menschheit
ressourcenschonende und emmis-sionsfreie Maschinen und Produktionsmöglichkeiten, um so die Erde,
welche den Lebensraum für so viele Arten und Lebewesen bietet, auch für nachfolgende
Generationen zu bewahren.