Brennstoffzelle
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Blockheizkraftwerk |
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| Brennstoffzellen sind elektrochemische Energiewandler, die
wasserstoffreiche Gase mit (Luft)sauerstoff zu Wasser umsetzen und aus diesem Prozeß
direkt elektrische Energie und Wärme gewinnen. Diese hocheffiziente elektrochemische Umsetzung hat als erster Wilhelm Ostwald auf der Gründungsversammlung der Bunsengesellschaft 1897 zur ressourcenschonenden Elektroenergieerzeugung aus fossilen Brennstoffen empfohlen und als wichtigste Aufgabe der Elektrochemiker bezeichnet.
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Aber erst im heutigen Zeitalter ist es gelungen, die zahlreichen Material- und verfahrenstechnischen
Probleme weitgehend zu lösen, die mit der elektrochemischen Verbrennung in Brennstoffzellen verbunden
sind. Es gibt heute sechs verschiedene Typen von Zellen /3/. Die Zellen unterscheiden sich durch den verwendeten Elektrolyten. Die ablaufenden energieliefernden Prozesse sind unabhängig vom Zelltyp durch folgende Reaktionen bestimmt: |
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Abb.1: Prinzipbild einer H2-verstromenden PEM-Brennstoffzelle mit
saurem Elektrolyten |
Die Bruttoumsetzung in der Brennstoffzelle folgt der
Knallgasreaktion:
Diese in der Brennstoffzelle teilt sich auf in eine Anoden- und Kathodenreaktion:
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Brennstoffzellentypen |
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| Brennstoffzellen werden neben ihrer Klassifizierung entsprechend des Elektrolyten nach ihrer Arbeitstemperatur in Nieder- Mittel- und Hochtemperatur-Brennstoffzellen unterteilt. Die wichtigsten Eigenschaften der Brennstoffzellen sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tabelle 1: Brennstoffzellentypen (aktualisiert nach /3/) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Das Potential der Niedertemperaturbrennstoffzellen (80 - 120°C) liegt in Elektrotraktionsanwendungen, stromerzeugenden Heizungsanlagen und Klein-Stromquellen. Mittel- und Hochtemperaturbrennstoffzellen bieten sich für stationäre BHKW-Anlagen und für große Kombikraftwerke [Brennstoffzellen und GuD-Anlage] zur Stromerzeugung in größerem (100 kW - 100 MW) bis sehr großem Maßstab (100 MW bis 1000 MW) an. |
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 Abbildung 2: Kompaktes Brenstoffzellensystem des ZSW mit PEM Brennstoffzelle, Gasaufbereitung und Wechselrichter. |
Im folgenden wird von den genannten Zelltypen nur noch auf die Polymermembran-Zelle (PEMFC)
eingegangen, da diese für die Verwendung als Klein-Stromquellen herausragende Eigenschaften besitzt:
- Schnelles An- und Abschaltverhalten - Betrieb zwischen 0 und 80 °C, selbstheizend - Hohe Leistungsdichte (0,5 W/cm³) - Hohes Leistungsgewicht (0,25 W/g) - Lange Lebensdauer Die angegebenen Leistungsdaten beziehen sich auf die reine Zelle und müssen noch durch die Speichereinheit und evtl. zum Betrieb erforderliche Peripherie ergänzt werden. Für Forschung, Lehre und Demonstration hat das ZSW ein Brennstoffzellensystem wahlweise mit Elektrolyseur, Kompressor, Wechselrichter und Brennstoffzelle im Bereich 50 - 1000W entwickelt und vertreibt diese Einheiten. |
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Literatur Brennstoffzellen
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Ansprechpartner: |
Friedhelm Steinborn |
E-Mail: |
steinborn@bhkw-info.de |
Stand: 19/05/2002
brennst