Technische Universität München. Brennstoffzelle. Roland Fuchsberger

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1 Brennstoffzelle Roland Fuchsberger

2 Inhalt Elektrochemische Grundlagen Elektrochemische Zelle Faradaysches Gesetz Nernstsche Gleichung Brennstoffzelle Geschichte Verschiedene Typen Marktanalyse Portabel Transport Stationär

3 ELEKTROCHEMISCHE GRUNDLAGEN

4 Elektrochemische Zelle [www.saugstelle.de]

5 Elektrolyse, Klemmspannung, EMK [C. H. Hamann, W. Vielstich, Elektrochemie I, 1982]

6 Faradaysches Gesetz F: Faraday-Konstante ( C mol 1 ) n: Stoffmenge (in mol) Q: Ladungsmenge ( = Strom * Zeit in A s) Beispiel Silberabscheidung: M: molare Masse (g/mol) z: Elektronenladung der Reaktion [C. H. Hamann, W. Vielstich, Elektrochemie I, 1982]

7 Reaktionsenthalpie Allgemeine Redoxreaktion: Reaktionsenthalpie: Galvanisches Element: Elektrolysezelle: v i : Molmenge S i : Substanz G: molare, freie Reaktionsenthalpie z: Ladung des Ions F: Faradaysche Konstante E 0 : Elektromotorische Kraft E kl : Klemmspannung

8 Elektrochemisches Potential, Doppelschicht µ i : Chemisches Potential µ i0 : Standard-Chemisches Potential R: Gaskonstante T: Temperatur a i : Aktivität [www.saugstelle.de]

9 Nernstsche Gleichung Reaktionsenthalpie: Elektrochemische Potential: Reaktion: Nernstsche Gleichung: z: Ladungszahl F: Faradaysche Konstante E 0 : Potential µ i : Chemisches Potential µ i0 : Standard-Chemisches Potential R: Gaskonstante T: Temperatur a i : Aktivität a i vi : Aktivität d. Molmenge v i E 00 : Standardbezugspotential

10 Spannungsreihe Technische Universität München

11 Überspannung η: Überspannung E kl : Klemmspannung E 0 : Potential [C. H. Hamann, W. Vielstich, Elektrochemie II, 1982]

12 Thermodynamischer Wirkungsgrad (1) [Chemie in unserer Zeit, Nr. 6, 1997]

13 Thermodynamischer Wirkungsgrad (2) [www.chemgapedia.de]

14 BRENNSTOFFZELLE Technische Universität München

15 Geschichte (1) [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

16 Geschichte (2) [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

17 Wasserstoff-Sauerstoff Brennstoffzelle Alkalische Lösung: Anode Kathode Saure Lösung: Anode Kathode [C. H. Hamann, W. Vielstich, Elektrochemie II, 1982]

18 3-Phasenzone (1) [www.chemgapedia.de] [C. H. Hamann, W. Vielstich, Elektrochemie II, 1982]

19 3-Phasenzone (2) [C. Sun et al., Cathode materials for solid oxide fuel cells: a review, 2010]

20 Aufbau der Elektrode [www.chemgapedia.de] [www.chemgapedia.de]

21 Herausforderungen an das Kathodenmaterial am Beispiel SOFC: 1. Hohe elektronische Leitfähigkeit 2. Passender Temperaturausdehnungskoeffizient 3. Passende Porosität 4. Stabilität unter oxidierenden Atmosphäre 5. Hohe katalytische Aktivität zur O 2 Reduktion 6. Niedrige Kosten

22 Polymerelektrolytmembran BZ Anode: Nafion: Kathode: Gesamtreaktion: [de.wikipedia.org]

23 Direkt Methanol Brennstoffzelle (1) Anode: Kathode: Gesamtreaktion: [de.wikipedia.org]

24 Direkt Methanol Brennstoffzelle (2) [www.chemgapedia.de]

25 Oxidkeramik-Hochtemperatur Brennstoffzelle [C. H. Hamann, W. Vielstich, Elektrochemie II, 1982] [de.wikipedia.org]

26 Überblick [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

27 MARKTANALYSE Technische Universität München

28 Überblick [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

29 Portable Anwendungen Ausbildungs-Brennstoffzellen [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

30 Portable Anwendungen Hilfsversorgung [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

31 Portable Anwendungen Consumer Electronic [gizmodo.com.br]

32 Transport Materialtransportfahrzeuge [solar-sicherheit.de]

33 Transport Leicht-Nutzfahrzeuge [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

34 Transport Bus [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

35 Transport Anderer Transport [de.wikipedia.org]

36 Stationäre Anwendungen Primärenergie [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

37 Stationäre Anwendungen Micro-Combined Heat and Power [www.chemgapedia.de]

38 Stationäre Anwendungen Unterbrechungsfreie Stromversorgung [fuelcellmarkets.com]

39 Infrastruktur Portabel [gadgetmagazin.de]

40 Infrastruktur Transport [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

41 Entwicklungen nach Elektrolyttypen [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

42 Katalysator: Platinum [Fuel Cell Today, Industry Review 2011]

43 Ausblick Ausblick Technische Universität München

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