Wasserstoff / Brennstoffzellen
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WHG Know-how

Die alkalische Brennstoffzelle – AFC


Die Alkalische Brennstoffzelle - AFC - ist, abgesehen von Groves Prototypen, der älteste Brennstoffzellentyp.

Sie fand, und findet auch heute noch in der Raumfahrt und bei U-Boot-Antrieben Verwendung.

Die AFC ist die einzige Zellenart, die reinen Sauerstoff und Wasserstoff zur Energieumwandlung benötigt. Als Elektrolyt dient Kalilauge. Für den universellen Einsatz ist sie nur bedingt geeignet, da die hohen Anforderungen an die Gasreinheit das System stark verteuern. Es gibt zwar Systeme mit Luftbetrieb allerdings ist der notwendige Filteraufwand sehr pflege- und kostenintensiv.

Funktion der alkalischen Brennstoffzelle AFC

  • Schritt 1
    Die in zwei Kreisläufen getrennten Gase Sauerstoff und Wasserstoff wandern vom Gasraum in den Katalysator.
  • Schritt 2
    Die Wasserstoffmoleküle (H2) werden durch den Katalysator in zwei H+ Atome (Protonen) gespalten. Dabei gibt jedes Wasserstoffatom sein Elektron ab.
  • Schritt 3
    Die Elektronen fließen von der Anode zur Kathode und bewirken einen elektrischen Stromfluss. Der Verbraucher wird mit elektrischer Energie versorgt.
  • Schritt 4
    Jeweils vier Elektronen an der Kathode rekombinieren mit einem Sauerstoffmolekül.
  • Schritt 5
    Die nun entstandenen Sauerstoff-Ionen reagieren mit Wasser zu OH-Ionen.
  • Schritt 6
    Die Hydroxid-Ionen wandern durch den Elektrolyten (Kalilauge) zur Anode.
  • Schritt 7
    Die Hydroxidionen reagieren an der Anode mit den Protonen zu Wasser.
    Ein Teil des entstandenen Wassers wird wieder an die Kathode transportiert, wo es für eine weitere Reaktion zur Verfügung steht.

Alkalische Brennstoffzelle AFC


Anwendungen der Alkalischen-Brennstoffzelle

Alkalische Brennstoffzellen wurden in der bemannten Raumfahrt eingesetzt, die ohne die Brennstoffzellen nicht möglich gewesen wäre. Sowohl im Apollo und im Apollo/Soyuz Programm als auch im Skylab und in den Space-Shuttles fand bzw. findet man alkalische Brennstoffzellen.

AFCs wurden auch für den Einsatz als Fahrzeugantrieb erprobt. Allerdings besteht hier der Nachteil, dass die AFC nicht mit Luft (nur mit reinem Sauerstoff) direkt betrieben werden kann.

Dies ist ein genereller Nachteil der AFC. Das in der Luft enthaltene Kohlendioxid ist vorher zu entfernen, um eine "Vergiftung" des Elektrolyten zu vermeiden. Dies erfordert einen zusätzlichen technischen Aufwand.

Mit reinem Sauerstoff betrieben, verfügt die AFC allerdings über eine sehr gute Zuverlässigkeit und Haltbarkeit, was sie insbesondere für Nischenanwendungen qualifiziert.