Brennstoffzelle
Ein Lernweg mit Animation, Erklärung und Dialog mit ChatGPT zur Funktion einer PEM-Brennstoffzelle. Du erforschst, wie Wasserstoff und Sauerstoff in elektrische Energie, Wasser und Wärme umgewandelt werden.
1. Animation starten
Starte zunächst die BIGS® Animation. Beobachte den Weg von Wasserstoff, Protonen und Elektronen sowie die Vorgänge an Anode, Membran und Kathode.
2. Erklärung
In einer PEM-Brennstoffzelle wird Wasserstoff an der Anode mithilfe eines Katalysators in Protonen und Elektronen aufgespalten.
Die Protonen wandern durch die Protonenaustauschmembran. Die Elektronen können die Membran nicht passieren und fließen deshalb durch einen äußeren Stromkreis. Dabei entsteht nutzbarer elektrischer Strom.
An der Kathode reagieren Sauerstoff, Protonen und Elektronen zu Wasser. Eine einzelne Zelle liefert unter Last typischerweise nur einen Teil eines Volts, weshalb viele Zellen zu einem Stack zusammengeschaltet werden.
- Anode: Wasserstoff wird in Protonen und Elektronen getrennt.
- Membran: Sie lässt Protonen passieren, aber keine Elektronen.
- Äußerer Stromkreis: Die Elektronen liefern elektrische Energie.
- Kathode: Sauerstoff, Protonen und Elektronen bilden Wasser.
3. Dialog mit ChatGPT
Beantworte die Fragen zunächst selbst. Nach Deiner Antwort erhältst Du Rückmeldungen und kannst anschließend weitere Fragen an ChatGPT stellen.
Beispielfrage
Warum fließen die Elektronen durch den äußeren Stromkreis?
Vertiefende Frage
Welche Aufgabe hat die Protonenaustauschmembran in der Brennstoffzelle?
Anwendungsfrage
Warum werden viele einzelne Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellen-Stack verbunden?
4. Kerngedanke
Die Brennstoffzelle trennt den Reaktionsweg von Protonen und Elektronen. Dadurch müssen die Elektronen durch einen äußeren Stromkreis fließen. So wird die chemische Energie von Wasserstoff direkt in elektrische Energie umgewandelt.