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Fachgebiet - Elektrochemie
(auch Brennstoffelement). Spezielle Variante einer galvanischen Zelle, bei der durch elektrochemische Oxidation eines Brennstoffs chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Als Brennstoffe dienen Gase wie Wasserstoff, , oder Kohlenmonoxid, , oder niedermolekulare, organische Verbindungen wie Methan, Methanol, Formaldehyd oder Glycol. Als Oxidationsmittel wird in der Regel Sauerstoff (Luft) verwendet.
Hauptbestandteile einer Brennstoffzelle sind die Anode, an der der Brennstoff zuströmt, die Kathode, an der das Oxidationsmittel zugeführt wird, sowie ein ionenleitender Elektrolyt, der die beiden Elektrodenräume voneinander trennt. Bei einer Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle erfolgt die elektrochemische Verbrennung entsprechend der Gleichung, wobei der Sauerstoff an der Kathode reduziert, der Wasserstoff an der Anode oxidiert wird:
Je nach Konstruktionsvariante der Brennstoffzelle (Brennstoff, Zusammensetzung des Elektrolyten) unterscheiden sich die jeweils ablaufenden Prozesse in den gebildeten Verbrennungsprodukten und/oder der Art der Ionen, die die Elektronen übertragen. Inzwischen existieren zahlreiche Typen von Hoch- und Tieftemperaturzellen, die sowohl mobil als auch stationär betrieben werden können. Zu den besonderen technischen Herausforderungen bei der Weiterentwicklung der Brennstoffzellen-Technolgie gehört heute neben dem Bau neuartiger Zellen vor allem auch die Erschließung verbesserter Speichermöglichkeiten für die gasförmigen Brennstoffe.
Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird
Wasserstoff
45 min.
ChemieAnorganische ChemieChemie der Elemente
Diese Lerneinheit gibt einen Überblick über das Element Wasserstoff einschließlich Eigenschaften, Reaktionsverhalten, Nachweis, Vorkommen, Gewinnung und Verwendung des Elements sowie ausgesuchter Verbindungen.
Versuch zum Wirkungsgrad der PEM-Brennstoffzelle
90 min.
ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie
Zwischen theoretisch verbrauchter Gasmenge und tatsächlich erzeugtem Strom lässt sich ein Zusammenhang herstellen. In diesem Experiment wird aus der tatsächlich verbrauchten Gasmenge im Verhältnis zur theoretisch berechneten Gasmenge der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle berechnet.
Elektrochemische Stromquellen
45 min.
ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie
Aufbau und Funktionsweise von verschiedenen elektrochemischen Stromquellen werden dargestellt.
Biobrennstoffzellen
30 min.
BiochemieChemische GrundlagenAllgemeine chemische Grundlagen
Erläutert wird der Aufbau und die Wirkungsweise von Biobrennstoffzellen zur Energiegewinnung.
Leistungskurve der PEM-Brennstoffzelle
90 min.
ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie
Eine Brennstoffzelle erzeugt aus Sauerstoff und Wasserstoff elektrischen Strom und Wärme. In diesem Experiment wird die maximale Leistungsausbeute einer Brennstoffzelle ermittelt.
Versuch zum Wirkungsgrad der PEM-Brennstoffzelle
90 min.
ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie
Zwischen theoretisch verbrauchter Gasmenge und tatsächlich erzeugtem Strom lässt sich ein Zusammenhang herstellen. In diesem Experiment wird aus der tatsächlich verbrauchten Gasmenge im Verhältnis zur theoretisch berechneten Gasmenge der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle berechnet.
Leistung der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle
90 min.
ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie
Die abgegebene Leistung einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle hängt von dem angeschlossenen Lastwiderstand ab. In diesem Experiment lernen Sie den passenden Widerstand zu ermitteln, um eine optimale Leistungsausbeute zu bekommen.
Versuch zur Leistung der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle
90 min.
ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie
Die abgegebene Leistung einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle hängt von dem angeschlossenen Lastwiderstand ab. In diesem Experiment lernen Sie den passenden Widerstand zu ermitteln, um eine optimale Leistungsausbeute zu bekommen
Versuch zur Leistung einer Brennstoffzelle
90 min.
ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie
Brennstoffzellen wandeln chemische Energie (aus Sauerstoff und Wasserstoff) in elektrische Energie (Strom). Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Brennstoffzelle zeigt an, bei welcher Spannung der Stromfluss maximal ist. Die Leistungskurve zeigt an, bei welchem Widerstand die Brennstoffzelle ihr Leistungsmaximum hat. In diesem Experiment wird die maximale Leistungsausbeute einer Brennstoffzelle ermittelt.
Biobrennstoffzellen kompakt
15 min.
BiochemieChemische GrundlagenAllgemeine chemische Grundlagen
In dieser einführenden, kompakten Lerneinheit wird der Aufbau und die Wirkungsweise von Biobrennstoffzellen zur Energiegewinnung erläutert.
Brennstoffzellen - Typen
30 min.
ChemiePhysikalische ChemieElektrochemie
In dieser Lerneinheit werden Aufbau und Eigenschaften, Elektrodenreaktionen sowie Vor- und Nachteile verschiedener Brennstoffzellen-Typen aufgeführt. [Stand: September 2011]
Brennstoffzellen - Funktionsweise und Anwendungen
45 min.
ChemiePhysikalische ChemieElektrochemie
Vor rund 170 Jahren wurde die erste Brennstoffzelle entwickelt, die als Galvani'sche Zelle aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrischen Strom erzeugte. Bislang fristeten die geräuscharmen und effizienten Aggregate ein Nischendasein in der Raumfahrttechnik und wenigen militärischen Anwendungen. Durch den Klimawandel und steigende Preise für fossile Brennstoffe gewinnen sie aber wieder an Bedeutung. Diese Lerneinheit erklärt den grundlegenden Aufbau und die Funktion von Brennstoffzellen. [Stand: März 2011]
Batterien, Akkumulatoren und Brennstoffzellen
20 min.
ChemiePhysikalische ChemieElektrochemie
In dieser Lerneinheit werden in Animationen die Alltagsanwendungen der Elektrochemie gezeigt.