Chemische Reaktion der Brennstoffz.

Drucken

Chemische Reaktion der Brennstoffzelle

Das Prinzip der Brennstoffzelle wurde 1838 von Christian Friedrich Schönbein anhand der Reaktion erfunden. Viele Brennstoffzellentypen nutzen heutzutage diese Reaktion als „kalte Verbrennung“ zur Gewinnung elektrischer Energie. Ein wichtiges Beispiel ist die Protonenaustauschermembran- Brennstoffzelle (PEMFC).

Eine solche Brennstoffzelle verwendet in der Regel Wasserstoff als Energieträger und erreicht einen Wirkungsgrad von etwa 60 %. Andere Konstruktionen arbeiten mit Methanol oder Methan und erzeugen daraus den Wasserstoff mittels Dampfreformierung. Das Kernstück der PEMFC ist eine Polymermembran, die ausschließlich für Protonen durchlässig ist (also nur für H+-Ionen), die so genannte proton exchange membrane (PEM). Das Oxidationsmittel, für gewöhnlich Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich vom Reduktionsmittel getrennt.

 

Der Brennstoff, hier Wasserstoff, wird an der Anode katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Wasserstoffionen oxidiert. Diese gelangen durch die Ionen-Austausch-Membran in die Kammer mit dem Oxidationsmittel. Die Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen elektrischen Verbraucher, z.B. eine Glühlampe, zur Kathode. An der Kathode wird das Oxidationsmittel, hier Sauerstoff, durch Aufnahme der Elektronen zu Anionen reduziert, die unmittelbar mit den Wasserstoffionen zu Wasser reagieren.

Brennstoffzellen mit einem solchen Aufbau heißen Polymermembran-Brennstoffzellen, PEMFC (für Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) oder auch PEFC (für Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Die verwendeten Membranen sind saure Elektrolyten.

Redox-Reaktionsgleichungen für eine PEMFC:

Energie

Es gibt auch alkalische Wasserstoff-Brennstoffzellen. Sie arbeiten jedoch nur mit hochreinem Wasserstoff und Sauerstoff. In ihnen werden die Gase durch poröse, katalytisch wirksame Elektroden in eine basische Lösung eingeleitet.

Die dort ablaufenden Redox-Reaktionen lauten:

(nach oben)

 

 

Zurück