Brennstoffzellen - Typen
Die Phosphorsäure-Brennstoffzelle
Eigenschaften und Aufbau
Die Phosphorsäure-Brennstoffzelle (englisch Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC) ist eine Mitteltemperatur-Brennstoffzelle. Sie kann mit Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffen und Luftsauerstoff betrieben werden.
Die Elektroden bestehen aus einem porösen Graphit-Träger, auf den eine poröse Schicht aus Polytetrafluorethylen (PTFE), Ruß und Platin-Partikeln als Katalysator aufgebracht wird. Als Elektrolyt wird hochkonzentrierte Phosphorsäure (oft sogar ) eingesetzt, die in einer Matrix aus PTFE und Siliciumcarbid gebunden ist. Die PAFC arbeitet im Temperaturbereich von ca. bis und erzielt Wirkungsgrade um .
Reaktion
Vor- und Nachteile
Vorteil:
- Verwendung Kohlenstoff-haltiger Brennstoffe (z.B. Biogas) möglich; damit steht eine große Auswahl an Brennstoffen zur Verfügung
Nachteil:
- geringerer Wirkungsgrad gegenüber allen anderen Brennstoffzellen-Typen (außer der DM-Brennstoffzelle)
Anwendungen
stationäre Stromversorgung, Blockheizkraftwerke (Kraft-Wärme-Kopplung, also Nutzung des erzeugten Stroms und der Abwärme)
- Abb.1
- Innenansicht eines PureCell-Model-400-Systems: Erdgas strömt aus Tanks durch den Reformer, wo Wasserstoff erzeugt wird, der dem Brennstoffzellen-Stapel zugeführt wird.
- Abb.2
- Kraftwerk mit zwölf PureCell-Model-400-Brennstoffzellen mit einer Gesamtleistung von in Anyang in Südkorea
Die US-amerikanische Firma UTC Power, ein Tochterunternehmen der United Technologies Corp., verkauft das Blockheizsystem PureCell Model 400: eine stationäre Phosphorsäure-Brennstoffzelle mit einer Leistung von (Abb. 1) . Sie erzeugt nicht nur Strom mit einer Wechselspannung von , sondern nutzt auch die Abwärme zum Heizen von Gebäuden oder Erhitzen von Wasser. Sie erzielt einen Gesamtwirkungsgrad von rund , der Wirkungsgrad für die Stromerzeugung beträgt etwa .
In Anyang in Südkorea steht eines der größten Brennstoffzellen-Kraftwerke der Welt (Abb. 2) : Die GS Power Plant von Samsung Everland umfasst zwölf PureCell-Model-400-Brennstoffzellen, die zusammen leisten und den Strombedarf von der Stadtbevölkerung decken (rund pro Jahr). Zudem produziert das Kraftwerk etwa an nutzbarer thermischer Energie.