Die Brennstoffzelle Geschichte Funktion Aufladung Fahrbetrieb Weitere Anwendungen der Brennstoffzelle Problematik des Serieneinsatzes.

Die Brennstoffzelle

Geschichte

Funktion

Aufladung

Fahrbetrieb

Weitere Anwendungen der Brennstoffzelle

Problematik des Serieneinsatzes

a): Brennstoffzelle 1839 b): Gaskette 1842 (Bild: Kosmos)

Die historische Entwicklung der Brennstoffzelle:

Die Entwicklung der Brennstoffzelle wird dem englischen Physiker William GroveWilliam Grove (1811-1896) zugeschrieben.Bereits im Jahre 1839 baute er in seinem Labor eine „Gaskette“ bei der Wasser zuerst in Sauerstoff und Wasserstoff getrennt wurde. Beim Zusammenführen der beiden Gase entstand neben Wasser auch Elektrizität. Grove erkannte auch, dass diese Vorgänge umkehrbar waren.Aufgrund von technischen Problemen bei der Herstellung sowie der Haltbarkeit der Materialien und der Kosten geriet die Brennstoffzelle jedoch in Vergessenheit.Erst in unserem Jahrhundert wurde sie für den Einsatz in Unterseeboten und Raumfahrzeugen wiederentdeckt. WEB-Info

Sir William Robert Grove (Bild: Kosmos)

Lässt Wasserstoff-Protonen (H+) durch, aber nicht Sauerstoffatome (O2)

2H2 2H2 4H+ + 4e-

Der Wasserstoff gibt Elektronen ab

Elektronenüberschuss, an der Anode, weil die Protonen ( H+) durch die Membrane wandern!(Diffusion)

O2 + 4H+ + 4e- 2H2O

Der Sauerstoff verbindet sich mit den Wasserstoffprotonen und den Elektronen zu reinem Wasser ( = „kalte Verbrennung“)

Membrane ausKunststoff-Folie

Hier klicken um die Brennstoffzelle unseres Versuchsautos im Detail zu sehen!

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(Bild: sbz-monteur)

Die Brennstoffzelle mit Solarenergie aufladen:

Beachte die Sicherheitshinweise!

(Bild: Kosmos)

(Bild: Kosmos)

Die Brennstoffzelle im Fahrbetrieb!

a) Entferne die Solarzelle!

b) Bocke das Fahrzeug auf einem Radiergummi o.ä. auf!

c) Schließe den Elektromotor an! er muss sofort zu laufen beginnen!

weitere Informationen zum Brennstofzellen-Êxperimentierfahrzeug findet man hier!

(Bild: Kosmos)

(Bild: Kosmos)

(Bild: Kosmos)

Wasserstofferzeugung:Hohe elektrische Energie für Elektrolyse notwendig (Kernkraftwerke usw.)

Bei Erzeugung aus Methanol o.ä. entsteht durch den Reformer CO2

Lagerung und Betankung:Derzeit fehlt noch ein ausreichend flächendeckendes Tankstellen-Netz

Für eine entsprechende Reichweite muss der Wasserstoff im Fahrzeugtank lange flüssig gelagert sein. Dafür sind hohe Drücke (neue Konzepte bis ca. 700bar) und sehr tiefe Temperaturen (ca. -254°C) notwendig.

Um die Wärmeaufnahme und damit den Druckanstieg im Tank über die Zeit gering zu halten, benötigt man teure „Super-Isolationen“: 1cm dickes Material wirkt wie 7m dickes Styropor!

Bei Unfällen oder Undichtigkeiten tritt Wasserstoff als leichtentzündliches, hochexplosives Gas aus dem Tank

Kaltstart der BrennstoffzelleBei niedrigen Außentemperaturen kann das Wasser in der Brennstoffzelle gefrieren und diese somit zerstören. Geeignete Vorwärmkonzepte erlauben heute einen Betrieb bis ca. -25°C, ähnlich wie bei Diesel-Fahrzeugen

Weitere Anwendungen der Brennstoffzelle:

Haustechnik

Portable Stromversorgung

Raumfahrt

Brennstoffzellenautos

Gemini-Raumkapsel (1961)

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Die Brennstoffzelle befindet sich unter dem Sitz.Der Wassertoff ist in den Tanks des Versogungs-moduls gespei-chert, das vor dem Wiederein-tritt in die Erdatmosphäre abgetrennt wurde

(Bild: NASA, beyondapollo.blogspot.com )

Brennstoffzelle der Gemini

Leistung: 1kW

Maße: 30cm, 60cm lang

Gewicht: 66kg, 32 Zellen

Spannung: 22 – 30V

Wassererzeugung.: 0,6 L Trinkwasser pro Kilowattstunde

Rechts:

Roy Mushrush, General Electrics-Manager vor der Gemini-BZ

Unten:

1: Brennstoffzelle

2: Wasserstofftank

3: Sauerstofftank

4: Sitz

3

1

2

4

(Bilder: NASA)

(Bild: Dr. Schmitd-Walter FH-Darmstadt)

(Bild: Kosmos)

Space Shuttle (1981 - 2011)

Das Shuttle verfügt über drei Brennstoffzellen. Jede Zelle hat eine Leistung von 7 kW nominal und 12 kW maximal (kurzzeitig). Das Gewicht einer BZ beträgt. Die Leistung kann zwischen 2 und 12 kW variiert werden. Wasserstoff und Sauerstoff werden in separaten Tanks mitgeführt. Das entstehende Wasser kann dem Lebenserhaltungssystem zugeführt werden.

(Bild: innovations-report )

(Bild: columbiassacrifice.com, NASA)

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oben:Blockheizkraftwerk mit Brennstoffzelle:Typ: PEM-BrennstoffzelleLeistung: 7 kWDient zur Strom- und Wärmegewinnung für ein Einfamilienhaus (idealisiert)!

WEB-InfoLinks: Vailant-Wärmeerzeuger(Bild: Vailant )

Die BZH wird an das Erdgasnetz angeschlossen und setzt damit auf einen umweltschonenden Energieträger. Ein Reformer im BZH wandelt das Erdgas zu Kohlendioxid und Wasserstoff um, der in der Brennstoffzelle mit Luftsauerstoff bei einer geräuschlos ablaufenden "kalten Verbrennung" zu reinem Wasser reagiert. Dabei erzeugt die Brennstoffzelle Gleichstrom und Wärme. Beides wird unmittelbar im Gebäude genutzt

(Bild: Universität Leipzig )

Laptop-Akku:Betrieb ca. 10- 12 Stunden

Streifenmembran-BZ

Aufladung mit Elektrolyseur (Gasbefüller)

USB-Akku:Prototyp zur unabhängigen Stromversorgung von Elektrokleingeräten über USB

Portable Brennstoffzelle:90W, 180Ah (2200Wh) bei 12V

Wird mit Methanol (Wechsel-Kanister) betrieben

Nutzbar z.B. für Wohnmobile, Boote…

(Bilder: EFOY, WEBASTO )

(Bilder: mtimicrofuelcells.com)

(Bild:bhkw-infozentrum)

Hier klicken um weitere Anwendungen der Brennstoffzelle in der Technik zu sehen!

Technische Daten: Maße: (Länge / Breite /Tiefgang): 56m / 7,0m / 6,0m

Höhe über Zentralaufbau: 11,5m

Einsatzverdrängung: 1.450 t Überwasser, 1.830 t getaucht

Antrieb: Brennstoffzelle/Batterien (außenluftunabhängig); 3.120 kW

Geschwindigkeit: 12 kn über Wasser, 20 kn getaucht

Besatzung: 27 Mann

Druckkörper: antimagnetischer Stahl

Fahrmotor: Permasyn-Motor

Brennstoffzellenanlage: 9 Module

Fahrbatterie: Spannungshub 300 - 600 V

Geräuscharmer Skew-Back-Propeller Quelle:www.mariengymnasium.eu)

(Bild: diebrennstoffzelle.de)

(Bild: U 31 verlässt seinen Heimathafen in Eckernförde (Quelle: © 2010 Bundeswehr / Thomas Lerdo/Außenstelle Kiel))

Deutsche Marine U-Boot-Klasse 212A

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Strategische Vorteile durch die Brennstoffzelle:Kein Batterieaufladen über Dieselmotor – keine Geräuschortung

Wegen der geringen Abwärme (max. 80°C) keine Wärmeortung

Max. Tauchzeit : 30 Tage!

Mercedes-BenzNECAR 4 F-Cell

BZ im Fahrzeugboden verbaut,

55kW Elektromotor,

Reichweite ca. 450km mit einer Tankfüllung Flüssigwasserstoff

(Besitzt sehr hochwertige und deshalb teure Brennstoffzellenbauform!)

NECAR 3/5 - Modelle fahren mit Methanol, ein Reformer erzeugt daraus den Wasserstoff für die Brennstoffzelle!

WEB-Info(Bild: Mercedes-Benz )

Daimler-Chrysler:NEBUS

New Electric Bus

Ähnliche Modellvarianten auch von MAN:

Großprojekte auf Flughäfen und in Großstädten

(z.B. USA, FJS-München u.a.)

BZ im Fahrzeugboden verbaut, Wasserstofftanks im Dach, Einsatz als Testwagen

Weiterentwicklung für Serienverkauf:

„CITARO“-Stadtbusse, Großversuch in ausgewählten Städten seit 2000!

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(Bilder: Mercedes-Benz )

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(Bild: MAN)

BMW745h

Wasserstoff-Hubkolben-Motor

Kann wahlweise mit H2 oder Benzin betrieben werden

BZ als Stromversorgung für Aggregate wie Standklimaanlage u.ä.

Nicht größer als herkömmliche Batterie

Spezialtank für Flüssigwasserstoff hält Temperatur (und Gas) über mehrere Tage! Dazu ist eine Isolationstechnik aus der Raumfahrt verwendet worden. Sie entspricht einer 17m dicken Styropor-Isolation!

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(Bild: diebrennstoffzelle.de)

z.B.:Opel „HydroGen3“:Motor: 60kw / 215Nm

150km/h Höchstgeschwindigkeit

400km Reichweite

oderToyota „RAV 4“:erreicht mit einer Tankfüllung eine Reichweite von 830 km

Neu entwickelter 700 bar Hochdruck-Wasserstofftank

BZ arbeitet selbst bei –30º C absolut zuverlässig

Weitere Links zurBrennstoffzelle im Web:www.innovation-brennstoffzelle.de

www.dwv-info.de

www.brennstoffzelle-nrw.de

www.zukunft-brennstoffzelle.de

Hier klicken um eine Liste weiterer Fahrzeugkonzepte mit Brennstoffzellen im Web zu betrachten

Fast alle großen Pkw-Hersteller arbeiten derzeit an Entwicklungen mit Brennstoffzellen!