Brennstoffzellen Einführung

Question 1

Wie lautet die “klassische” Kathodenreaktion?

Answer 1

1/2 O2 + 2 e- -> 02-

Question 2

Wie lautet die “klassische” Anodenreaktion?

Answer 2

O2- + H2 -> H2O + 2e-

Question 3

Was geht durch die Last und was durch den Elektrolyt?

Answer 3

Last: 2 Elektronen pro Reaktion
Elektrolyt: O2- Ionen

Question 4

Killerfrage: Hat die Kathode oder die Andode das höhere elektrische Potential?

Answer 4

Kathode! +

Question 5

Wie berechnet man die theoretische Zellspannung aus thermodynamischer Sicht?

Answer 5

Uth = - Änderung der freien Reaktionsenthalpie G /

Ionenladungszahl*Faradaykonstante. Also -deltaG/konst., da Ionenladungszahl =2- = 2

Question 6

Was ist das elektrochemische Potential?

Answer 6

Chem. Potential + nF(el. Potential)

Question 7

Wie hängen Temperatur und theoretische Zellspannung zusammen?

Answer 7

Positiv linear, aber nicht unbegrenzt

Question 8

Welchen maximalen Wirkungsgrad kann eine ideale BSZ haben? (Formel und Zahlenwert H2 und CH4)

Answer 8

freie Reaktionsenthalpie / Entropieänderung.

H2: 83%, CH4: 91,1%

Question 9

Welche Verlustmechanismen treten durch den Ionen- und Elektronentransport auf?

Answer 9

Ohmsche Verluste, Diffusionspolarisation, Aktivierungspolarisation

Question 10

Was verringert die reale Zellspannung gegenüber der theoretischen?

Answer 10

Gasumsatz, ohmsche Verluste, Polarisationsverluste

Question 11

Welche realen Umstände erhöhen die ohmschen Verluste noch?

Answer 11

poröse Elektroden, Korrosion an den Kontakten, ungünstige Stromverteilung durch Geometrie

Question 12

Der Elektrolyt muss isolieren. Wie sind die Größenordungen der Leitfähigkeit und Geometrie im Vergleich zu den Elektroden und Interkonnektoren?

Answer 12

Elektrolyt: 1 S/m, 12 bei hohen Temp.
K: 10^4, A: 10^5 (besser) Interkonnektor: 10^6

Elektrolyt ist dabei ca. 3-10 mal dünner