Animation & Erklärung von BIGS

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Brennstoffzelle


Allgemeines zur Brennstoffzelle

Die Animation ist eine stark vereinfachte Darstellung zur Funktion einer Brennstoffzelle. Ausführlicher inklusive unterschiedlicher Anwendungen wird diese in der interaktiven Animation “Brennstoffzelle” dargestellt.

Eine kontrollierte elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser erfolgt in der schematisch dargestellten Brennstoffzelle dann, sobald ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden Elektroden hergestellt wird. Die Reaktionsrate ist hierbei proportional zur Stromstärke oder so gesagt, der Widerstand zwischen den Polen bestimmt den Umsatz von Wasserstoff und Sauerstoff. Ein Strom kann fließen, da sich zwischen den Elektroden ein elektrochemisches Potential eingestellt hat, theoretisch +1,2 V an der Kathodenseite gegenüber der Anodenseite. Wie in der Animation dargestellt, laufen dabei folgende Halbreaktionen ab:

O2      +      4e–       >>>     2O2-
2H2    >>> 4H+     +          4e
2O2-  +      4H+     >>>     2H2O

Diese Reaktionen werden in der Brennstoffzelle wie folgt verwirklicht. Wasserstoffgas diffundiert an der Anode zur aktiven Elektrodenschicht, wo ein Edelmetall-Katalysator (in der Regel Platin) Wasserstoff in Protonen (H+) und Elektronen (e) zerlegt. Die Protonen gelangen durch die Membran zur Kathode, während die Elektronen durch den externen Stromkreis fließen. An der Kathode reagiert Luftsauerstoff mit Protonen und Elektronen zu Wasser. Auch hier wird die Reaktion von einem Edelmetall (in der Regel Platin) katalysiert. Der Kreislauf schließt sich, es ist Strom mit dem Abfallprodukt Wasser entstanden.

Nochmals sei darauf verwiesen, dass pro Brennstoffzelle, also ungestapelt, eine Spannung von 0,3 – 0,8 V bei einer Leistung von max. 1 W / cm2 entsteht.
Da die Umsatzrate des Brennstoffs nur von der Stromstärke abhängt, kann die Effizienz der Brenn-stoffzelle unmittelbar an der Zellspannung abgelesen werden.


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