Wie funktionieren brennstoffzellen

Come funzionano le celle a combustibile

Wenn sie erzeugt strom aus den fossilen brennstoffe, sie nutzen die thermische energie, um dampf zu erzeugen. Der dampf treibt eine turbine angeschlossen an einen generator. In den prozess der verbrennung, nicht die gesamte erzeugte energie ist umgewandelt in nützliche arbeit (antrieb der turbine erzeugt werden), wird die enthaltene energie in den chemischen bindungen der brennstoff wird verschwendet, weil sie zerstreut in der umwelt in form von wärme. Die brennstoffzellen lösen wollen solche verschwendung.

Ein sehr effizienter, um die erzeugung elektrischer energie die sie hätte, wenn sie sfruttassero die elektronen der bindung zum produzieren direkt strom, springt der prozess der transformation sieht die erzeugung von dampf, der die aktion der turbine und des generators. Und das ist es, was geschieht in brennstoffzellen, die chemische energie der verbindungen umgewandelt wird und direkt in elektrizität.

Wenn sie mit dem einsatz konventioneller fossiler brennstoffe hat einen wirkungsgrad von 20-25%, die brennstoffzellen haben einen wirkungsgrad von mehr als 60%. Die funktionsweise einer brennstoffzelle ähnelt dem einer batterie, die unterscheidet sich erheblich gerade in den regenti: der kraftstoff der brennstoffzellen ist, wird vom außen und garantieren einen kontinuierlichen betrieb.

Wie für die batterien unserer mobiltelefone, auch die struktur einer brennstoffzelle kann unterteilt werden in zwei abteilungen erfolgen, wo die oxidation und die reduktion: in einem fach ein element verliert elektronen (oxidation) und zum anderen, eine andere sorte chemie kauft elektronen (reduktion). Die zwei fächer sind miteinander verbunden, damit eine strömung der elektronischen spontan, so werden die elektronen gehen von wo erfolgte die oxidation zum kompartiment der reduktion. Der durchfluss durch einen metallischen leiter , wie jedes spontanen strom in einem stromkreis, ist strom.

Die elektronen sind negative ladungen müssen ausgeglichen werden.Die beiden kompartimente getrennt sind, der von einer permeablen membran nur für protonen (positive ladungen), die fließen von der anode zur kathode, um den ausgleich per saldo negative ladungen.

Die oxidation eines brennstoffes sehen, elektronen fließen in der anderen abteilung, wo sie reagieren mit einem oxidationsmittel, typischerweise sauerstoff. Die oxidation des brennstoffs erzeugt positive ionen (brennstoff verliert elektronen und bleibt mit einer ladung, netto-positiv), sind gerade diese positiven ionen zum ausgleich der ladung.

Weil sie nicht den verlust von energie durch wärme?
Der brennstoff und das oxidationsmittel befinden sich in verschiedenen abteilungen und kommen niemals in direkten kontakt mit einander, es gibt keine verbrennung, sondern nur eine reaktion, netto sieht die oxidation des brennstoff-und stromverbrauch des oxidationsmittel (sauerstoff). Im stromkreis, die energie der reaktion umgewandelt wird, direkt in elektrizität.

Es gibt brennstoffzellen und wasserstoff , aber auch methan oder anderen kohlenwasserstoffen. Die brennstoffzellen nicht wir geben die sicherheit umgehend frei von der abhängigkeit von fossilen brennstoffen, aber es erhöht deutlich die effizienz. In den Shuttle, der die brennstoffzellen eingesetzt werden basete aufwasserstoff. Die reaktion insgesamt produziert wasser. In der brennstoffzelle eingespeist wird gasförmiger wasserstoff, dieser wird umgewandelt in wasserstoff-ionen , die mit der erzeugung von elektronen. Dieser teilfonds ist an die anode und von hier aus werden die elektronen fließen im äußeren stromkreis, wo mediente den leiter, kommen in das fach der reduktion (kathode). Die elektronen produkte werden durch den sauerstoff, der dann produziert wasser für die kombination mit H+ - ionen.

Eine reaktion offensichtlicher, die man beobachten kann, mit den brennstoffzellen basete auf kohlenwasserstoff wie methan (CH4) und methanol (CH4OH). In diesem fall sind jedoch die produkte der reaktion sind zwei, über die wasser, sie produziert auch kohlendioxid (CO2). Mit kohlenwasserstoffen, nehmen wir das beispiel von methanol die reaktion, die sie sehen in der brennstoffzelle wird dieser art:

2 CH3OH (zwei moleküle methanol flüssig) + 3 O2 (drei moleküle gasförmiger sauerstoff) —> 2 CO2 (zwei moleküle kohlendioxid gasförmig) + 4 H2O (vier moleküle von flüssigem wasser).
Mit dieser reaktion wird geschätzt, die produktion von 23 kj energie pro gramm flüssige methanol eingesetzt (von 727 kj/mol). Diese energie ist äquivalent zu einer leistung von 200 watt-stunde für mole methanol oder besser, 5,0 kWattora pro liter methanol eingesetzt. Wollen sie eine beziehung, die oxidation von einem liter methanol in der brennstoffzelle führen würde, die mit der produktion von über 5.000 W leistung für einen zeitraum von 24 stunden.

Fotos aus der pressemitteilung Projekt H2-Ecomat – Universität Mailand-Bicocca