3.7 Brennstoffzellen 61 Die Brennstoffzelle Bei gewöhnlichen Verbrennungen entsteht nur Wärme. Soll die innere Energie von Brennstoffen und Sauerstoff möglichst vollständig in direkt nutzbare elektrische Arbeit umgewandelt werden, muss man dafür sorgen, dass bei der Verbrennung möglichst viel elektrische Energie und nur wenig Wärme geliefert werden. Dies gelingt in Brennstoffzellen. Abläufe bei der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Ein Beispiel für eine Brennstoffzelle ist die Wasserstoff-SauerstoffBrennstoffzelle in LV1. Deren zentrale Reaktion ist die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. An der einen Elektrode wird Wasserstoff zugeführt: Dieser wird katalytisch in Wasserstoff-Atome gespalten, aus denen durch Abgabe je eines Elektrons Wasserstoff-Ionen H+ entstehen (Oxidation). An dieser Elektrode (Anode) herrscht ein Elektronenüberschuss. An der anderen Elektrode (Kathode) wird Sauerstoff durch Elektronenaufnahme reduziert. Hier herrscht also Elektronenmangel. Verbindet man die beiden Elektroden, so fließt Strom. Vereinfacht ist die Gesamtgleichung der Redoxreaktion: 0 0 I –II Redoxreaktion: 2H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) Die Brennstoffzelle liefert 83% (gegenüber 40% bei Wärmekraftwerken) der überhaupt möglichen Reaktionsenergie als elektrische Energie! Sie hat zudem den Vorteil, dass ihr Betrieb umweltfreundlich ist, da bei ihr keine schädlichen Abgase entstehen, sondern Wasser erzeugt wird. Einsatz von Brennstoffzellen Brennstoffzellen werden aktuell vor allem im Straßenverkehr eingesetzt, so fahren z. B. viele Busse mit Brennstoffzellen. An anderen Verwendungsmöglichkeiten wird derzeit intensiv geforscht. Ein Problem dabei ist die notwendige Speicherung von Wasserstoff. Aus diesem Grund wird auch an der Entwicklung von Methanol-Brennstoffzellen gearbeitet. Schlüsselbegriff Brennstoffzelle B2 Die PEM-Brennstoffzelle (LV2) ist die gebräuchlichste Brennstoffzelle. Bei ihr sind die beiden Reaktionsräume durch eine für Protonen durchlässige Membran getrennt. Auf die Membran ist ein Katalysator aufgetragen, der die Elektrodenreaktionen ermöglicht. Die PEM-Zelle liefert in der Technik eine Spannung von ca. 1 V. Um höhere Spannungen zu erreichen, werden mehrere solcher Brennstoffzellen hintereinandergeschaltet und gestapelt. N u r zu P rü fz w e c e E ig e n tu m d e C .C . B u c h n r V e r a g s