Brennstoffzelle
- Anode: Hier wird der Wasserstoff in Protonen und Elektronen aufgespalten.
- Kathode: Hier reagieren die Protonen und Elektronen mit Sauerstoff zu Wasser.
- Elektrolyt: Ein Material, das Protonen, aber keine Elektronen leitet, ermöglicht den Ionenfluss zwischen Anode und Kathode.
Typen von Brennstoffzellen
Es gibt verschiedene Typen von Brennstoffzellen, die sich hauptsächlich durch das verwendete Elektrolytmaterial unterscheiden:
- PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell): Verwendet eine Protonen-Austausch-Membran als Elektrolyt und arbeitet bei niedrigen Temperaturen, was sie ideal für mobile Anwendungen macht.
- SOFC (Solid Oxide Fuel Cell): Nutzt ein festes Keramik-Elektrolyt und arbeitet bei hohen Temperaturen, was sie für stationäre Anwendungen und Kraftwerke geeignet macht.
- AFC (Alkaline Fuel Cell): Verwendet alkalische Lösungen wie Kaliumhydroxid als Elektrolyt und wird oft in Raumfahrtanwendungen eingesetzt.
- MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell): Nutzt geschmolzene Karbonate als Elektrolyt und arbeitet bei sehr hohen Temperaturen, ideal für stationäre Kraftwerke.
- PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell): Verwendet Phosphorsäure als Elektrolyt und wird häufig in mittleren bis großen stationären Anwendungen eingesetzt.
Vor- und Nachteile
Vorteile:
- Hoher Wirkungsgrad: Direkte Umwandlung von chemischer in elektrische Energie.
- Umweltfreundlich: Produziert nur Wasserdampf als Nebenprodukt.
- Vielseitig einsetzbar: Geeignet für stationäre, mobile und tragbare Anwendungen.
- Leiser Betrieb: Brennstoffzellen haben wenige bewegliche Teile und erzeugen kaum Lärm.
- Zuverlässigkeit: Langlebige und wartungsarme Systeme.
Nachteile:
- Hohe Kosten: Die Produktion und Materialien sind noch vergleichsweise teuer.
- Technische Anforderungen: Hohe Ansprüche an die Reinheit der Materialien und die Betriebskonditionen.
- Infrastruktur: Begrenzte Verfügbarkeit von Wasserstofftankstellen und Verteilungsnetzen.
Materialauswahl für Bipolarplatten
Ein entscheidender Bestandteil der Brennstoffzelle sind die Bipolarplatten, die den elektrischen Strom leiten und die Reaktantien verteilen. Häufig verwendete Materialien sind Grafit, Edelstahl, Titan und Aluminiumlegierungen. Die Wahl des Materials beeinflusst die elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und mechanische Stabilität.
Traditionell werden Bipolarplatten durch Stanz- und Ätzverfahren oder Grafitfräsen hergestellt. Diese Methoden sind jedoch teuer und zeitaufwendig. Eine innovative Alternative ist die Herstellung mittels Hydroforming mit dem FormBalancer von FLUID forming. Hierbei werden Blechplatinen mittels Wasserdrücken von bis zu 4000 bar in die gewünschte Geometrie geformt. Diese Methode bietet höhere Präzision, exzellente Oberflächenqualität und Kosteneffizienz.
Anwendungen
Brennstoffzellen finden in vielen Bereichen Anwendung:
- Automobilindustrie: In Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen für eine emissionsfreie Mobilität.
- Stationäre Energieversorgung: In Brennstoffzellen-Heizungen für Haushalte und Industrie.
- Tragbare Geräte: In tragbaren Brennstoffzellen für Elektronik und Militär.
- Luft- und Raumfahrt: Zur Energieversorgung von Satelliten und Raumfahrzeugen.
- Schifffahrt und Züge: Für umweltfreundliche Antriebe in Schiffen und Zügen.
Geschichte
Die Idee der Brennstoffzelle ist über 180 Jahre alt. Sie wurde erstmals 1839 von Sir William Grove vorgestellt und hat seitdem viele Entwicklungen durchlaufen. In den 1960er Jahren wurden Brennstoffzellen erfolgreich in der Raumfahrt eingesetzt. Seit den 1990er Jahren wird intensiv an der Kommerzialisierung und Weiterentwicklung dieser Technologie gearbeitet. Heute werden Brennstoffzellen in U-Booten, Raumfahrzeugen, Fahrzeugen und zunehmend in stationären Anwendungen genutzt.
Aktuelle Entwicklungen und Zukunftsperspektiven
Die Forschung und Entwicklung im Bereich Brennstoffzellen konzentriert sich auf die Reduktion der Kosten und die Verbesserung der Effizienz. Neue Materialien und Produktionsmethoden, wie das Hydroforming mit dem FormBalancer von FLUID forming, spielen eine wichtige Rolle bei der Senkung der Herstellungskosten und der Verbesserung der Leistungsfähigkeit. Die Zukunftsperspektiven für Brennstoffzellen sind vielversprechend, insbesondere im Bereich der erneuerbaren Energien und der nachhaltigen Mobilität. Wasserstoff als Energieträger gewinnt zunehmend an Bedeutung, was die Nachfrage nach effizienten und kostengünstigen Brennstoffzellen weiter steigern dürfte.
Häufig gestellte Fragen zu Brennstoffzellen
Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, die Wasserstoff und Sauerstoff in Strom und Wärme umwandelt, wobei nur Wasser als Nebenprodukt entsteht.
Brennstoffzellen werden in der Automobilindustrie, in der stationären Energieversorgung, in tragbaren Geräten und zunehmend auch in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Eine Brennstoffzelle besteht aus einer Anode, einer Kathode und einem Elektrolyt, der den Ionenfluss ermöglicht und die Elektroden trennt.
Hoher Wirkungsgrad, Umweltfreundlichkeit und Vielseitigkeit in den Anwendungen. Nachteile sind die hohen Kosten und technischen Anforderungen.
Traditionell durch Stanz- und Ätzverfahren oder Grafitfräsen. Eine effizientere Methode ist das Hydroforming mit dem FormBalancer von FLUID forming.
Typische Materialien sind Grafit, Edelstahl, Titan und Aluminiumlegierungen, je nach Anforderungen an elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
FLUID forming ist ein innovativer Hersteller, der mit dem FormBalancer eine hochpräzise und kosteneffiziente Herstellung von Bipolarplatten ermöglicht. Andere Hersteller verwenden traditionelle Methoden wie Stanz- und Ätzverfahren.
