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Wie eine Brennstoffzelle funktioniert

2020

Senden Sie einen Stromstoß durch Wasser - H2O - und jedes Wassermolekül spaltet sich in seine Bestandteile auf: zwei Teile Wasserstoff und einen Teil Sauerstoff. Diesen Vorgang nennt man Elektrolyse.

Was sich in einer Brennstoffzelle abspielt, ist die umgekehrte Elektrolyse: Kombinieren Sie Wasserstoff und Sauerstoff und Sie erhalten Wasser und Strom. Die Grundidee stammt aus dem Jahr 1839, als der englische Physiker William Robert Grove zum ersten Mal seine "Gasvoltabatterie" vorführte. Die Experimente von Grove ebneten den Weg für die Protonenaustauschmembran (PEM) -Brennstoffzelle, die erstmals in den 1960er Jahren von General Electric entwickelt wurde, um Strom und Trinkwasser an Bord des Gemini-Raumschiffs bereitzustellen. Heute entwickeln Ingenieure PEM-Brennstoffzellen für Automobile. So funktionieren sie.

Jede PEM-Brennstoffzelle besteht aus vier Hauptkomponenten: einer Anode (negative Elektrode), einer Kathode (positive Elektrode), einem Katalysator und einem Elektrolyten. In die Anode gepumptes Wasserstoffgas trifft auf den Katalysator - normalerweise eine dünne Schicht aus Platin - und spaltet sich in Wasserstoffprotonen und Elektronen auf. Auf der gegenüberliegenden Seite der Brennstoffzelle gelangt Sauerstoff in die Kathode. Zwischen Anode und Kathode befindet sich eine dünne Elektrolytmembran, die aussieht wie eine Plastikfolie für die Küche. Es lässt die positiv geladenen Protonen zur Kathode durch, blockiert jedoch die negativ geladenen Elektronen, die gezwungen sind, durch einen externen Stromkreis zu fließen, um einen elektrischen Strom zu bilden. An der Kathode verbinden sich die Elektronen und Wasserstoffprotonen mit Sauerstoff zu Wasser.

Eine einzelne Brennstoffzelle produziert nur wenig Strom. Um etwas so Großes wie ein Auto zu fahren, stapeln Ingenieure Hunderte von Brennstoffzellen in einer Reihe.
Eine Brennstoffzelle ähnelt einer Batterie, weil beide chemische Energie in Elektrizität umwandeln. Eine Batterie enthält jedoch einen festen Vorrat an Chemikalien. Bei Brennstoffzellen können die Chemikalien (Wasserstoff und Sauerstoff) kontinuierlich hinzugefügt werden, sodass kein Nachladen erforderlich ist.

Eine Animation zur Funktionsweise einer Brennstoffzelle finden Sie auf der Homepage des US-Energieministeriums zum Programm Wasserstoff, Brennstoffzellen und Infrastrukturtechnologien.

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