Brennstoffzelle

Question 1

Nenne den Elektrolyten, die Betriebstemperatur und mögliche Anwendungen der NT-PEM.

Answer 1

Elektrolyt: perfluoierter sulfonierter Polymerelektrolyt (Nafion)

Betriebstemperatur: 25-80 C

mögliche Anwendungen: PKW, dezentrale Energieversorgung

Question 2

Nenne den Elektrolyten, die Betriebstemperatur und mögliche Anwendungen der HT-PEM.

Answer 2

Elektrolyt: Phosphorsäure

Betriebstemperatur: 140-200 C

mögliche Anwendungen: PKW, dezentrale Energieversorgung

Question 3

Nenne den Elektrolyten, die Betriebstemperatur und mögliche Anwendungen der SOFC.

Answer 3

Elektrolyt: festkeramischer Elektrolyt

Betriebstemperatur: 700-900 C

mögliche Anwendungen: Kraftwerke, APUs

Question 4

Welche Vorteile hat die HT-PEM gegenüber der NT-PEM?

Answer 4

höhere CO-Toleranz (20000 ppm statt 50 ppm)

keine Befeuchtung notwendig

vereinfachte Kühlung durch höheres Temperaturniveau

Question 5

Welche Nachteile hat die HT-PEM gegenüber der NT-PEM?

Answer 5

geringere Leistungsdichte und Wirkungsgrad

Startverhalten

Stabilität des Elektrolyten

Question 6

Welche Aufgaben hat die Membran?

Answer 6

Ionenleiter

Trennung der Reaktionsräume

Question 7

Welche Aufgaben hat die Katalysatorschicht?

Answer 7

Beschleunigung der Reaktion (Herabsetzen der Aktivierungsenergie)

Question 8

Welche Aufgaben hat die Gasdiffusionsschicht?

Answer 8

gleichmäßige Verteilung der Reaktionsgase

elektrischer Kontakt zwischen Bipolarplatte und Katalysatorschicht

Question 9

Welche Aufgaben hat die Bipolarplatte?

Answer 9

elektrische Kontaktierung der Elektroden, Weiterleitung des Stroms

Transport der Reaktionsgase, Abtransport des Wassers

Ableiten der Wärme

Abdichten der Gas- und Kühlmittelkammern

Question 10

Welche Ursachen hat die Leerlauf-Überspannung?

Answer 10

elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten (innerer Kurzschluss)

mangelnder Katalysatorwirkungsgrad

Gasundichtigkeit

Question 11

Welche Ursachen haben die Ohmschen Verluste?

Answer 11

Protonen-/Elektronenfluss

Question 12

Welche Ursachen hat die Aktivierungspolarisation?

Answer 12

Energie zur Dissoziierung und Ionisierung der Gase

Question 13

Welche Ursachen hat die Diffusionspolarisation?

Answer 13

Gastransport in Elektroden unzureichend

Question 14

Welchen Einfluss hat Befeuchtung auf die Zellspannung?

Answer 14

ausreichende Befeuchtung sorgt für gute Protonenleitfähigkeit

aber: Flutung der Zelle führt zu hohem Diffusionswiderstand (Spannungseinbruch bei hohen Stromdichten)

Question 15

Welchen Einfluss hat Druck auf die Zellspannung?

Answer 15

theoretische Zellspannung steigt minimal

Diffusionsverluste sinken

Leistungsaufnahme des Verdichters muss beachtet werden

Question 16

Welchen Einfluss hat Temperatur auf die Zellspannung?

Answer 16

theoretische Zellspannung sinkt

Reaktionsgeschwindigkeit steigt und Aktivierungspolarisation verringert sich

ohmsche Verluste sinken (im unteren Temperaturbereich)

Question 17

Welchen Einfluss hat ein Wasserstoff-/Luftüberschuss auf die Zellspannung?

Answer 17

Reduzierung der Gasumsatzverluste

gleichmäßige Verteilung aller Zellen

Question 18

Welchen Einfluss hat der Katalysator auf die Zellspannung?

Answer 18

beeinflusst Aktivierungspolarisation und Toleranz gegenüber Giftstoffen

Question 19

Welche Nachteile hat die Aufladung?

Answer 19

durch Verdichtung entstandene Wärme muss abgeführt werden

Kompressor benötigt elektrische Leistung

mechanische Belastung der Membran, Dichtungen etc

Question 20

Welche Verbraucher sorgen dafür, dass der Brennstoffzellenwirkungsgrad geringer ist als der Stackwirkungsgrad?

Answer 20

elektrischer Verdichter

Wasserstoff-Rezirkulationsgebläse

Kühlmittelpumpe

Question 21

Nenne 6 Herausforderungen bei der Entwicklung von Brennstoffzellen (6 Ks).

Answer 21

Kosten
Kilo
Kaltstart
Kraftstoff
Kühlung
Kurzlebigkeit