Verschiedene Technologien von Brennstoffzellen

 

BZ-Typ Proton Exchange Membrane
(PEMFC)
Alkaline
(AFC)
Phosphoric Acid
(PAFC)
Molten Carbonate
(MCFC)
Solid Oxide
(SOFC)
Elektrolyt protonenleitende Polypersulfonsäure-Membran 30-50% KOH konzentrierte Phosphorsäure Karbonatschmelze (Li2CO3, K2CO3) Ionenleitende Karamik (YSZO)
Temperatur 50-80C 60-90C 160-220C 620-660C 800-1000C
Brennstoff H2, CH4, CH3OH H2 H2, CH4 CH4, Kohlegas, Biogas H2, CH4, Kohlegas, Biogas
Reaktion Anode H2->2H++2e- H2+2OH-->2H2O+2e- H2->2H++2e- H2+CO32-->H2O+CO2+2e- H2+O2-->2H2O+2e-
Reaktion Kathode 1/2O2+2H++2e-->2H2O 1/2O2+H2O+2e-->2OH- 1/2O2+2H++2e-->2H2O 1/2O2+CO2+2e-->CO32- 1/2O2+2e-->O2-
Zellwirkungsgrad 50-60% 50-60% 55% 60-65% 55-65%
Lastwechsel schnell schnell langsam ? schnell (wenn heiß)
Betriebsbereitschaft sofort sofort 30 min aus "hot standby" mehrere Stunden mehrere Stunden
Anwendung Raumfahrt, Fahrzeuge, KWK, U-Boote, mobile Stromerzeugung Raumfahrt, Fahrzeuge, U-Boote Stromerzeugung, KWK, Fahrzeuge Stromerzeugung Stromerzeugung
Vorteile einfacher Aufbau, niedrige Temperatur, kurze Anlaufzeit schnelle Kathodenreaktion durch hohe Temperatur hoher Gesamtwirkungsgrad in Kombination mit KWK (bis 85%) hohe Temperatur, flexible Brennstoff-verwendung hohe Temperatur, einfaches Handling durch Festelektrolyt
Nachteile teure Katalysatoren, empfindl. gegenüber Brennstoff-Verunreinigungen (CO) komplizierte Entfernung von CO2 aus BZ und Restluft Pt-Katalysator, niedrige Ströme und Leistung, sehr groß und schwer Korrosion, beschleunigte Alterung der Zellkomponenten beschleunigte Alterung der Zellkomponenten

Literatur:

  1. Innovationsprozess vom Verbrennungsmotor zur Brennstoffzelle, Abschlussbericht, Herausgeber: Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Inovationsforschung (ISI)
  2. Sharon Thomas and Marcia Zalbowitz: Fuel Cells, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico

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letzte Änderung: 2. April 2015, Dr. Alexander Kabza