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Technik der Brennstoffzelle

Brennstoffzellen wandeln chemische Energie eines Brennstoffs direkt in Elektrizität um. Diese Umwandlung ist sehr effizient, da keine thermomechanischen Zwischenschritte wie bei konventioneller Energieerzeugung erforderlich sind. Anders als bei Wärmekraftmaschinen unterliegen Brennstoffzellen nicht der Limitierung des Carnot-Wirkungsgrades. Ähnlich wie Batterien erzeugen Brennstoffzellen Gleichstrom bei niedriger Spannung. Im Gegensatz zu Batterien müssen bei einer Brennstoffzelle die Reaktanten (Erdgas und Sauerstoff) jedoch kontinuierlich zugeführt werden.

Im Betrieb wird der Anode Wasserstoff zugeführt und dort oxidiert. Die dort entstehenden Protonen (H+ -Ionen) gelangen durch die Ionen-Austausch-Membran zur Kathode und dort in Kontakt mit dem Oxidationsmittel (Sauerstoff der Umgebungsluft). Über einen externen Stromkreis (Verbraucher) fließen die Elektronen von der Anode zur Kathode. Dort nimmt der Sauerstoff aus der Umgebungsluft diese Elektronen auf und reagiert mit den Protonen zu Wasser.

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Tabelle: Überblick über die technischen Charakteristika von Brennstoffzellen-Typen
Brennstoffzelle Betriebstemperatur Elektrolyt Brennstoff Oxidant Einsatzgebiet
Alkalische Brennstoffzelle (Alkaline Fuel Cell AFC) 80 °C Kalilauge Wasserstoff Sauerstoff Verkehr
Membran-Brennstoffzelle (Polymer Elektrolyt Membran Fuel Cell PEMFC) 80 °C Festpolymer Wasserstoff, Methanol Sauerstoff/ Luft Verkehr, BHKW
Phosphorsäure-Brennstoffzelle (Phosphoric Acid Fuell Cell PAFC) 200 °C Phosphorsäure Erdgas Luft BHKW
Karbonatschmelze-Brennstoffzelle (Molten Carbonate Fuel Cell MCFC) 650 °C Lithium- und Kaliumkarbonat Erdgas, Kohlegas Luft Kraftwerke, Heizkraftwerke
Oxidkeramik-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell SOFC) 800 bis 1.000 °C Zirkondioxid Erdgas, Kohlegas Luft Kraftwerke, Heizkraftwerke

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"Brennstoffzelle" wurde am 14.03.2016 das letzte Mal aktualisiert.