16. Grundlagen der Brennstoffzellentechnologie

Brennstoffzellen (BZ) werden seit vielen Jahren als vielversprechende Technologie in Hinblick auf ein effizientes und emissionsfreies Transport‐ und Energiesystem diskutiert. In den vergangenen zehn Jahren gab es enorme Entwicklungsfortschritte und alle wesentlichen technologischen und wirtschaftlichen Herausforderungen wurden gelöst. BZ erreichen heute die geforderten Lebensdauern, sind kompakt und von der Leistungsdichte mit Motoren vergleichbar und bei entsprechenden Stückzahlen auch zu wettbewerbsfähigen Kosten herstellbar. Dies wird auch belegt durch die einsetzende Markteinführung zahlreicher BZ‐Produkte. So sind im Moment drei BZ‐Fahrzeugmodelle kommerziell erhältlich, in Japan sind über 200.000 BZ‐Heizgeräte verkauft und Produkte für stationäre Energieerzeugung gewinnen Marktanteile. Im Folgenden sollen die wichtigsten technischen Aspekte von BZ beleuchtet werden.

Die BZ ist ein elektrochemischer Energiewandler. Es wird chemische Energie direkt, ohne Umweg über mechanische Energie, in elektrische Energie umgewandelt. Grundlage für das Funktionsprinzip ist das Zustandekommen eines freien Elektronenflusses durch eine Reduktions‐ und Oxidationsreaktion. Zwischen diesen beiden Reaktionen findet nur ein Ionenaustausch über einen für Elektronen nicht durchgängigen Elektrolyten statt. Damit werden die Elektronen über einen externen Stromleiter gezwungen, wo elektrische Verbraucher angetrieben werden können. Durch die Reduktion von Wasserstoff werden Elektronen abgegeben, die bei der Oxidation mit Sauerstoff wieder aufgenommen werden (Abb. 16.1).