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Leistungskurve der PEM-Brennstoffzelle

PEM-Brennstoffzelle

Die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle wandelt chemische Energie in elektrische Energie um. Die PEM-Brennstoffzelle (von englisch Polymer Electrolyte Membrane) ist eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, die häufig eingesetzt wird. Durch ihren hohen Wirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren, die kompakte Bauform, die Möglichkeit zu schnellen Lastwechseln und ihr gutes Kaltstartverhalten lässt sich die PEM-Brennstoffzelle breit anwenden, etwa zur Stromversorgung von Elektroantrieben in Autos, als Batterie- und Akkumulatorenersatz für Laptops und zur Hausenergieversorgung.

Aufbau und Funktionsweise einer Membran-Brennstoffzelle

Abb.1
Schematischer Aufbau einer Membran-Brennstoffzelle
h-tec Wasserstoff-Energie-Systeme GmbH

Der Elektrolyt der PEM-Brennstoffzelle besteht - wie der Name verrät - aus einer dünnen Membran, die Protonen leitet. Auf beiden Seiten der Membran befindet sich eine Graphit-Elektrode (Abb. 1) , die mit fein verteiltem Platin beschichtet ist. Eine Seite bildet die Kathode, die andere die Anode der Brennstoffzelle.

Wasserstoff-Gas, das an die Anode geführt wird, zerfällt durch die katalytische Wirkung der Elektrode schon bei Zimmertemperatur in Protonen (H+-Ionen) und Elektronen:

2H2 4H++ 4e Anodenreaktion

Die Protonen gelangen von der Anodenseite durch die Membran auf die Kathodenseite. Die Elektronen wandern (bei geschlossenem äußeren Stromkreis) zur Kathode und verrichten auf diesem Weg elektrische Arbeit. An der Kathode verbinden sich die Protonen, Elektronen und Sauerstoff zu Wasser:

O2+ 4H++ 4e 2H2O Kathodenreaktion

Die Gesamtreaktion in der PEM-Brennstoffzelle lautet:

2H2+ O2 2H2O Bruttoreaktion

Veranschaulichung

(Abb. 2) veranschaulicht den beschriebenen Prozess der PEM-Brennstoffzelle:

Abb.2
Vertonte Animation zur Veranschaulichung der elektrochemischen Prozesse in einer Membran-Brennstoffzelle
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