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Brennstoffzellen - Funktionsweise und Anwendungen

Anwendungen von Brennstoffzellen im mobilen Bereich

Bei den mobilen Anwendungen werden bislang die PEM-Brennstoffzellen favorisiert, die als Niedertemperatur-Zellen die Fähigkeit haben, sofort nach dem Start elektrische Energie zu liefern. Dies ist besonders wichtig, wenn sie in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.

Die Leistungen der mobilen Brennstoffzellen reichen vom niedrigen Kilowattbereich bis zu mehreren hundert Kilowatt. Für die Bordstromversorgung kleiner Boote werden Leistungen von einigen Kilowatt benötigt. Um dagegen Antriebe und Bordelektronik von U-Booten ausreichend mit Strom zu versorgen, müssen Leistungen von mehreren hundert Kilowatt gewährleistet werden. Durch den modularen Aufbau der Brennstoffzellen-Stacks können diese für unterschiedliche Anforderungen optimiert werden.

Anwendungsbeispiele

Der Prototyp des Brennstoffzellen-Autos HydroGen4 ( (Abb. 1) und (Abb. 2) ) der Adam Opel AG wird durch einen Stack angetrieben, der aus 440 in Reihe geschalteten Einzel-PEM-Brennstoffzellen besteht. Dieser wird mit Wasserstoff betrieben und erbringt eine Leistung von 93kW. Der Vorteil der Energieumwandlung in der Brennstoffzelle ist, dass sie geräuschlos und ohne Verschleiß (keine mechanisch bewegten Teile) erfolgt.

Abb.1
Von außen wirkt er wie ein normales Auto mit Verbrennungsmotor ...
Mit freundlicher Genehmigung der GM Corp.
Abb.2
... seine Energie bezieht er jedoch über einen Brennstoffzellen-Stack.
Mit freundlicher Genehmigung der GM Corp.

Auch die Daimler AG arbeitet an Autos, die über Brennstoffzellen mit Energie versorgt werden: Während die früheren Prototypen NECAR 5 noch Methanol tankten, verwendet der neue F-Cell Wasserstoff für einen 80-Kilowatt-Brennstoffzellen-Stack. Von der ursprünglich favorisierten On-board-Reformierung, mit der im Fahrzeug der Wasserstoff aus Kohlenwasserstoff-Verbindungen (wie Methanol) gewonnen wird, haben sich mittlerweile alle Autokonzerne verabschiedet.

Ein anderes Antriebskonzept als über Brennstoffzellen, die einen Elektromotor mit Strom versorgen, verfolgt die BMW AG: Ihr Hydrogen 7 arbeitet mit einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor (anstatt eines Brennstoffzellen-Stacks), der auf der Technik eines konventionellen Vier-Takt-Ottomotors basiert. Er kann sowohl Benzin als auch Wasserstoff verbrennen.

In der Raumfahrt werden Brennstoffzellen oft als Sekundärzellen eingesetzt. Das bedeutet, dass die Primärenergieversorgung durch Solarzellen erfolgt, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Sind die Photovoltaik-Module nicht in der Lage, den Satelliten mit so viel Strom zu versorgen, wie er gerade benötigt, liefern Brennstoffzellen oder auch Akkumulatoren den benötigten Strom.

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