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Brennstoffzelle – Das Prinzip

18.02.2009 | Rubrik: Aktuell

Elektrochemische Zellen

Brennstoffzellen sind wie Batterien oder Akkumulatoren „elektronische Zellen“. Sie haben einen Pluspol (Anode) und einen Minuspol (Kathode), zwischen denen ein elektrischer Strom fließen kann. In der Zelle erzeugt eine chemische Reaktion die elektrische Energie. Um über längere Zeiträume kontinuierlich elektrischen Strom und auch Reaktionswärme abgeben zu können, muss die chemische Reaktion jedoch durch die ständige Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff aufrechterhalten werden.


Wasserelektrolyse

Welche chemische Reaktion läuft in der Brennstoffzelle ab? Vom Prinzip her ist es die aus dem Chemieunterricht bekannte Knallgas- Reaktion. Nur mit dem wichtigen Unterschied, dass die Reaktion in der Brennstoffzelle kontrolliert und „kalt“ abläuft, ohne Detonation und Flamme. Auf der Anodenseite wird Wasserstoff mit Hilfe eines Katalysators in positiv geladene Wasserstoff- Protonen und negative Elektronen aufgespalten. Jedes Wasserstoff- Atom gibt ein Elektron ab, das durch einen Leiter zur Kathode wandert: Es fließt Strom. Unterdessen diffundiert das Wasserstoff- Ion durch den trennenden Elektrolyten und vereinigt sich auf der Kathodenseite mit dem Luftsauerstoff zu reinem Wasser. In diesem Grundmuster gleichen sich alle Varianten der Brennstoffzelle. Ihr wichtigstes Unterscheidungsmerkmal ist der Elektrolyt, der die beiden Gase in der Zelle voneinander trennt und gleichzeitig den Austausch der Ionen ermöglicht. Die Brennstoffzellen werden nach der Art und der Beschaffenheit der Elektrolyte benannt.


Die PEM- Brennstoffzelle

In der Viessmann Haus- Energiezentrale befindet sich eine PEM- Brennstoffzelle (Polymer Elektrolyt Membran). Dieser Zellentyp eignet sich sowohl für den stationären als auch den mobilen Einsatz. Die hohe Leistungsdichte der PEM- Brennstoffzelle ermöglicht eine kompakte Bauweise, wodurch sich Volumen und Gewicht reduzieren lassen. Betrieben wird die PEM- Brennstoffzelle mit Wasserstoff und Luft, wobei der Wasserstoff aus Erdgas in einem der Zelle Vorgelagerten Prozess (Reformer) gewonnen wird. Ein Brennstoffzellen- Heizgerät benötigt daher, wie ein Gas- Heizkessel, eine Gas- Zuleitung, eine Verbrennungsluft- Zufuhr und ein Abgasrohr. PEM- Zellen erreichen ihre Dauerbetriebstemperatur von rund 90°C bereits nach wenigen Minuten. Über einen Wärmeaustauscher kann die Wärme für die Hausheizung und Trinkwassererwärmung genutzt werden.

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