Energiewunder Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle ist ein Wunderwerk der Chemie und Physik. Durch eine Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff entsteht nichts weiter als H2O = Wasser. I Entdeckt wurde die sogenannte „kalte Verbrennung“ schon 1838, in den 60er Jahren wurden Satelliten mit der Technik erfolgreich ausgerüstet. In den letzten 20 Jahren versucht die Fahrzeugindustrie endlich diese abgasfreie Antriebsform für Busse, Schiffe, und Lokomotiven einzusetzen. Siehe auch hier. und hier.

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Wie die Brennstoffzelle funktioniert, erklärt uns Wikipedia

Das Prinzip der Brennstoffzelle wurde 1838 von Christian Friedrich Schönbein anhand der Reaktion

{\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}+O_{2}\to 2\ H_{2}O} }

erfunden. Viele Brennstoffzellentypen nutzen heutzutage diese Reaktion als „kalte Verbrennung“ zur Gewinnung elektrischer Energie.

Bildrechte unten.Christoph Lingg wiki

Ein wichtiges Beispiel ist die Protonenaustauschmembran-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 Protonen 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, zum Beispiel 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 Polyelektrolyt-Brennstoffzellen, PEFC (für Polymer Electrolyte Fuel Cell) oder auch Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle, PEMFC (für Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Die verwendeten Membranen sind saure Elektrolyten.

Redox-Reaktionsgleichungen für eine PEMFC:

Saurer Elektrolyt	Gleichung
Anode	{\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}\to 4\ H^{+}+4\ e^{-}} } Oxidation / Elektronenabgabe
Kathode	{\displaystyle \mathrm {O_{2}+4\ H^{+}+4\ e^{-}\to 2\ H_{2}O} } Reduktion / Elektronenaufnahme
Gesamtreaktion	{\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}+O_{2}\to 2\ H_{2}O} } Redoxreaktion / Zellreaktion

 

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