Brennstoffzelle
In einer Brennstoffzelle erfolgt die Wandlung die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie. Sie ist eine galvanische Zelle, die keine Energie speichert, sondern über Brennstoffe zugeführte Energie umwandelt. Im Gegensatz zu anderen Geräten zur Energieerzeugung verzichtet die Brennstoffzelle bei der Energieerzeugung auf den Umweg über thermische Energie und Bewegungsenergie und ist damit effizienter. Dennoch blieb die Brennstoffzelle seit ihrer Erfindung im Jahr 1838 dank der Dampfmaschine lange Zeit ungenutzt. Erst seit ihrer Wiederentdeckung in den Fünfzigerjahren steigt die Bedeutung der Nutzung, z. B. in der Raumfahrt durch die hohe Energiedichte kontinuierlich an.
Für die Energiewandlung sind Elektroden durch eine Membran oder ein Elektrolyt voneinander getrennt, wobei die Anode durch den Brennstoff, die Kathode durch das Oxidationsmittel umspült ist. Der an der Anode in Ionen umgewandelte Brennstoff gelangt durch die Membran, wo das Oxidationsmittel zu Anionen reduziert wird und gleichzeitig mit den Protonen Wasser erzeugt. Im Wesentlichen basiert die Energieumwandlung damit auf dem Aufeinandertreffen von Wasserstoff und Sauerstoff und einer durch Gas hervorgerufenen chemischen Reaktion, wobei gleichzeitig elektrische Energie und Wärmeenergie freigesetzt werden.
Entsprechend der Wahl der Elektrolyte und Anoden- und Kathodengase lassen sich verschiedene Brennstoffzellentypen mit unterschiedlichen elektrischen Wirkungsgraden, Betriebstemperaturen und Leistungen unterscheiden. Zudem gibt es mit der reversiblen Brennstoffzelle eine Weiterentwicklung, die durch einen Elektrolyseur auch in der Lage ist, Energie zu speichern.
Aktuell forschen zahlreiche Autohersteller an der Entwicklung der Brennstoffzelle als Antriebsmotor für die Kraftfahrzeuge. Derzeit fehlt es jedoch an einem flächendeckenden Ausbau von Wasserstofftankstellen, um die Nutzung abseits einiger Modellprojekte im öffentlichen Nahverkehr einiger Großstädte zu intensivieren. So beschränkt sich die Nutzung derzeit vor allem auf den stationären Einsatz: Hier kommen Brennstoffzellen in Blockheizkraftwerken und zum Heizen von Gebäuden zum Einsatz, geforscht wird zudem im Bereich von Akkus für Smartphones.
