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Brennstoffzelle | Aufbau und Funktion - Einfache Erklärung
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 53 Zeilen
- Bei der Elektromobilität im PKW-Bereich war es in der Forschung lange Zeit ein intensiv [musik] diskutiertes Thema, ob
- die elektrische Energie aus einer Batterie oder Wasserstoff und einer Brennstoffzelle kommt. Für PKW ist
- inzwischen relativ klar, dass es Richtung Batterie geht. In Anwendung mit deutlich längeren Betriebsdauern wie
- Bussen, LKW oder Schiffen ist das noch nicht so klar. Und auch in stationären Anwendungen kommen Brennstoffzellen zum
- Einsatz. [musik] Wie eine Brennstoffzelle aufgebaut ist und funktioniert, erfahrt ihr in diesem
- Video. Zudem erfahrt ihr, wie durch das Funktionsprinzip der Brennstoffzelle [musik]
- auch die Speicherproblematik der Energiewende im Bereich der Langzeitspeicher gelöst werden könnte.
- In einer Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser und dabei wird Energie in Form von
- elektrischer Energie [musik] frei. Die Zelle ist wie folgt aufgebaut. Sie besteht aus zwei Elektroden, zwischen
- denen im Betrieb eine Spannung anliegt, über die ein Verbraucher, beispielsweise ein Elektromotor, betrieben werden kann.
- Zwischen den beiden Elektroden befindet sich ein Elektrolyt und eine Membran in der Mitte, die für Wasserstoff und
- Sauerstoff undurchlässig ist. Ionen dagegen können durch die Membran auf die andere Seite gelangen. An der negativen
- Elektrode wird Wasserstoff zugeführt und die Wasserstoffmoleküle geben zwei Elektronen ab und werden zu zwei
- Wasserstoffionen. Diese H+ Ion können durch die Membran zur anderen Elektrode wandern. An dieser Elektrode wird
- Sauerstoff zugeführt und dieser reagiert mit dem Wasserstoffon und zwei Elektronen zu Wasser. Die Elektronen
- wandern über den Verbraucher vom Minuspol zum Pluspol, wodurch ein Strom fließt. Wird an der negativen Elektrode
- stets neuer Wasserstoff und an der positiven Elektrode neuer Sauerstoff hinzugefügt, kann ein Verbraucher wie
- der Elektromotor dauerhaft betrieben werden. Die Spannung an der Zelle beträgt dabei 1,2 Volt im Leerlauf,
- solange also kein Strom fließt und etwas weniger in der Regel meist knapp unter 1 Volt, wenn im Betrieb dann ein Strom
- fließt. Es gibt unterschiedliche Arten von Brennstoffzellen, die sich durch die Materialien der Elektroden, der Membran
- und dem Elektrolyten [musik] unterscheiden. Mit manchen Brennstoffzellen ist es auch möglich,
- statt Wasserstoff Methan als Brennstoff zu verwenden. Dann reagiert Methan, also CH4, zusammen mit Sauerstoff zu Wasser
- und zusätzlich entsteht dabei dann noch Kohlenstoffdioxid, also CO2. Doch sowohl Methan als auch Wasserstoff sind
- Brennstoffe, die theoretisch auch direkt in einem Gasmotor verbrannt werden können und so ohne den Umweg über eine
- Brennstoffzelle und einen Elektromotor in Bewegung umgesetzt werden können. Zudem kommt in der Elektromobilität
- immer mehr die Litium Ionbatterie zum Einsatz, die eine Alternative zur Brennstoffzelle darstellt. Wo sind also
- die Unterschiede dieser Technologien und worin bestehen die vor und Nachteile der Brennstoffzelle? Im Vergleich zum Motor
- erzeugt die Brennstoffzelle elektrische Energie. Diese kann für alle elektrischen Verbraucher genutzt werden.
- Man benötigt also in mobilen Anwendung auch keinen Generator. In diesem Zusammenhang häufig auch Lichtmaschine
- genannt, für die elektrischen Verbraucher. Der größte Vorteil im Vergleich zu Gasmotoren ist die
- Effizienz. Währendurch ein Verbrennungsmotor nur Wirkungsgrade von 40 bis maximal 50% erreicht werden, kann
- eine Brennstoffzelle Wirkungsgrade von 60 bis 70% erreichen. Zusätzlich ist in einigen Anwendungen ein Vorteil, dass
- Brennstoffzellen sehr leise sind im Vergleich zu Motoren. Nachteile sind die relativ aufwendige Speicherung von
- Wasserstoff im Vergleich zu anderen Brennstoffen. Außerdem sind Brennstoffzellen relativ teuer. Im
- Vergleich zu Batterien, die ebenfalls elektrische Energie liefern, ist ein Vorteil der Brennstoffzelle die
- Möglichkeit, den Speicher [musik] des Brennstoffs von der Zelle zu trennen. Die Kosten sind dadurch vor allem von
- der notwendigen Leistung, nicht aber von der speicherbaren Energiemenge abhängig, ähnlich wie bei einem Motor mit
- Treibstofftank. Nachteil der Brennstoffzelle ist auch hier die aufwendige Speicherung des Wasserstoffs
- und die damit verbundenen Gefahren oder Kosten. [räuspern] Zusätzlich ist auch die Effizienz hier ein Nachteil. Zwar
- ist die Umwandlung von Wasserstoff in elektrische Energie relativ effizient, aber auch bei der Erzeugung von
- Wasserstoff fallen Verluste an. Dadurch ist eine Litiumatterie, wenn es um die Speicherung von elektrischer Energie
- geht, deutlich effizienter. Durch die voren Nachteile ergeben sich unterschiedliche Anwendungsgebiete für
- Brennstoffzellen. Zum einen werden Brennstoffzellen als Brennstoffzellenheizung eingesetzt.
- Dabei wird sowohl Strom für den Haushalt oder Einspeisung ins Netz als auch Wärme erzeugt mit einer hohen Gesamteffizienz
- von bis zu 95%. Neben den stationären Anwendungen sind auch mobile Anwendungen für Brennstoffzellen interessant. Durch
- die Unabhängigkeit von Leistung und gespeicherter Energie sind hier vor allem Anwendungen, in denen die
- Brennstoffzelle lange am Stück betrieben wird, wie in Bussen, LKWs oder Schiffen. Interessant. Auch in U-Booten sind
- Brennstoffzellen interessant, da Brennstoffzellen deutlich leiser sind als Verbrennungsmotoren.
- Das Funktionsprinzip der Brennstoffzelle kann auch umgekehrt werden und mit Hilfe einer Spannung und Wasser so Wasserstoff
- und Sauerstoff erzeugt werden. So [musik] kann elektrische Energie in Wasserstoff umgewandelt und gespeichert
- werden. Das könnte in Zukunft ein essentieller Baustein der Energiewende werden. Wenn du mehr über das sogenannte
- Power to Guess erfahren willst, schau dir jetzt dieses Video an. Zudem findest du hier ein Video über Litium
- Ionenbatterien. Falls dir das Video gefallen hat, lass jetzt noch ein Like da und abonniere den Kanal.
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