= Grundlagen über Brennstoffzellen = * Wasserstoff * Elektrolyt als Ionenleiter oder Protonenleiter. * Sauerstoff <> == SOFC Feststoffbrennstoffzellen "solid oxide fuel cell" == * Wirkungsgrad von über 60%, zusätzlich Kombination mit Dampfturbine möglich. * Elektrolyt besteht aus keramischem Material wie z.B. Ytrium stabilisiertes Zirkonoxid. * Dient als Sauerstoffionenleiter O^2-^. * Muss für Protonen H^+^ undurchlässig sein. * Arbeitstemperatur 800-1000°C, da Leitfähigkeit von Ionenleitender Keramik bei Raumtemp äußerst gering. * Leistung von 1-500kW * Einsatzgebiete: Notstromversorgung, Bordnetz im Auto oder Flugzeug, Heizungssysteme mit Stromproduktion für Häuser, Brennstoffzellenkraftwerke mit Leistungen bis zu 1MW * Weist den höchsten Wirkungsgrad aller Brennstoffzellen auf. (Wieviel?) * Betrieb mit Luft oder Sauerstoff möglich, sowie Methanol, Methan und allen anderen Brennstoffen, bei denen der Wasserstoff bei so hohen Temperaturen direkt in der Zelle erzeugt wird. * Es ist kein teueres Katalysatorsystem für ihren Betrieb erforderlich. * {X} Temperatur sehr hoch und daher hoher Verschleiß der Materialien, die hinsichtlich der Temperaturen bezüglich Dichtigkeit und Stabilität ohnehin sehr begrenzt auswählbar sind. == PEMFC Polymermembranbrennstoffzellen "polymer electrolyte membrane" == * Wirkungsgrad ca. 60 % * Membran als Protonenleiter H^+^ * Membran undurchlässig für Sauerstoffionen O^2-^ * Betriebstemperatur bis 80°C * Zum Betrieb ist reiner Wasserstoff nötig * Sauerstoff kann aus einem Speicher oder aus der Luft stammen * Höhere Zellspannung bei Verwendung von Sauerstoff * Problem des Wasserhaushalts, v.a. bei Temperaturen nahe. Membran muss zum Betrieb feucht gehalten werden. * Abhilfe schafft ein neues System der Firma PEMEAS. Die Membran arbeitet mit Phosphorsäure und ist von zwei porösen Kohleschichten eingefasst, so genannten "gas diffusion layers" (GDL) * Zum Betrieb aller Zellen sind Platinkatalysatoren auf beiden Seiten notwendig. * Vorteile sind die hohe Energiedichte, der hohe Entwicklungsstand und die geringe Betriebstemperatur * Nachteile sind die Notwendigkeit sehr reinen Wasserstoffs, teurer Edelmetallkatalysatoren und dem sehr hohen Membranpreis. * Anwndungsgebiete von 10W bis 100kW, von portabel, stationär, Autos und U-Boote. == DMFC Direktmethanolbrennstoffzellen"direct methanol fuel cell" == * Weiterentwicklung der PEM Brennstoffzelle * Für kleinere Systeme, aber auch für Fahrzeuge ist ein leicht handhabbarer Brennstoff von Vorteil. * Es wurde deshalb in den letzten Jahren vermehrt versucht, Wasserstoff durch flüssige Wasserstoffhaltige Verbindungen wie Methanol zu ersetzen. * Aufbau von PEMFC und DMFC ist sehr ähnlich, es wurden nur Membran udn Zusammensetzung der Elektrodenbeschichtung für den Kraftstoff optimiert. == Weitere Brennstoffzellentypen == * AFC "alkaline fuel cell" => Mondlandung und Space-Shuttle: Erzeugt Wärme, Strom und Wasser. Kalilauge transportiert OH^-^ Ionen, sehr reine Gase notwendig. Ca. 80°C * PAFC "phosphoric acid fuel cell" => Marktreif. Leistungen bis 250kW bei Kraftwärmekopplung. Ca. 200°C. Phosphorsäure dient als Leiter von H^+^. Relativ schlechter Wirkungsgrad. * MCFC "molten carbonate fuel cell" => Hoher Wirkungsgrad. Ca. 650°C. Sauerstoff wandert als Karbonation CO,,3,,^2-^ durch den Elektrolyten, deshalb wird das Luft-Kohlendioxid gebraucht. Auf der Wasserstoffseite wird CO,,2,, zusammen mit H,,2,,O wieder frei gesetzt. == Eigenschaften von Brennstoffzellen == * Wandler und Speicher getrennt. Daher ist die Leistung nicht von der Energie und anders herum abhändig. * Für große Energien sind Brennstoffzellen im Vorteil, wohingegen für große Ströme Batterien zu bevorzugen sind.