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  • Knowledge transfer
    type of organisation Form The Network Partners Members Competence Atlas Search for product service Search for a type of organisation Projects Funding Fuel Cell Products Events Electromobility in NRW Mitglied bei Gefördert durch Ausrichter von Company University research Institutions Administration

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  • Technology centre
    for product service Search for a type of organisation Projects Funding Fuel Cell Products Events Electromobility in NRW Mitglied bei Gefördert durch Ausrichter von Company University research Institutions Administration Public agency Commune district Association Network Knowledge transfer Technology centre Others Others Energies Bretagne ERH2 Bretagne National center for renewable energy and protection of the environment NEXT ENERGY EWE Forschungszentrum für Energietechnologie e V Sido WEC eV New Energy Afrika Projekt

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  • Others
    of organisation Projects Funding Fuel Cell Products Events Electromobility in NRW Mitglied bei Gefördert durch Ausrichter von Company University research Institutions Others AfricanGreenFuture 1 global resuce plan Biowasserstoff Magazin c o Ingenieurbüro Richey GbR Forschungszentrum Jülich GmbH Institut für Energieforschung

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  • Historie
    yttriumdotiertes Zirkonoxid als Elektrolyt in der Nernst Lampe mit der die Allgemeine Electrizitätsgesellschaft einen Pavillon auf der Weltausstellung 1900 beleuchtete Als Elektrolyt stellt die Nernst Masse auch heute noch die Basis für die in der stationären Energieerzeugung vielversprechende Hochtemperaturbrennstoffzelle SOFC Solid Oxide Fuel Cell dar In der Folgezeit konnte sich die Brennstoffzellentechnik Nischenplätze in Hochpreisanwendungen erobern So basierten die Bordenergiesysteme von U Booten und von Raumfähren auf Brennstoffzellensystemen Während z B das 1 kW Gemini Energieversorgungssystem auf Polymerlektrolyt Brennstoffzellen beruhte PEFC Polymer Electrolyte Fuel Cell kam im Apollo Programm für die 1 5 kW Einheit eine alkalische Brennstoffzelle AFC Alkaline Fuel Cell zum Einsatz Alkalische Brennstoffzellen haben bis heute in über 87 Flügen des Space Shuttles über 65 000 Betriebsstunden absolviert Das entscheidende Problem alkalischer Brennstoffzellen liegt in ihrer Empfindlichkeit gegenüber Kohlendioxid Deshalb blieb die Anwendung der alkalischen Brennstoffzelle lange hauptsächlich auf die Raumfahrt beschränkt Sowohl Siemens als auch Varta bauten Ende der sechziger Jahre auf der Basis alkalischer Brennstoffzellen Umsetzer Stationen für Fernsehsender im Leistungsbereich von 25 und 100 W Erhebliche Einschränkungen für die Anwendbarkeit dieser Brennstoffzellen ergaben sich aber immer noch daraus dass nur reiner Wasserstoff als Brennstoff und reiner Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet werden konnten Hinzu kamen die hohen Kosten der eingesetzten Materialien und Fertigungsverfahren Für die terrestrische Anwendung wurde auf einen sauren Kohlendioxid unempfindlichen Elektrolyten zurückgegriffen Dieser kommt in der phosphorsauren Brennstoffzelle zum Einsatz PAFC Phosphoric Acid Fuel Cell Von 1971 bis 1973 wurden im Rahmen des Demonstrationsprojekts TARGET in den USA Kanada und Japan 65 PAFC Einheiten mit je 12 5 kW Leistung betrieben Die Kosten der Einheiten waren jedoch zu hoch und die Lebensdauer der Zellstapel Stacks noch unzureichend Ein Folgeprogramm lieferte die Basis für die bis heute bereits 160 mal gebaute Brennstoffzellenanlage ONSI PC25 mit 200 kW elektrischer Leistung jetzt PureCell Module 200

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  • Typen
    Phosphorsaure Brennstoffzelle PAFC Zu den Hochtemperatur Brennstoffzellen zählen die Schmelzkarbonat Brennstoffzelle MCFC und die Oxidkeramische Brennstoffzelle SOFC Neben der oben genannten generischen Untergliederung der Brennstoffzellen die für die Beschreibung des Zellstapels von wesentlicher Bedeutung ist ist über die Anforderungen an die Systemtechnik die Unterscheidung in stationäre portable und mobile Systeme relevant Die Entwicklungen der PAFC MCFC und SOFC zielen bis auf Ausnahmen auf die stationäre Energieversorgung Die PEFC wird vorwiegend für mobile aber auch für stationäre Anwendungen entwickelt Die DMFC wird für den Antrieb entwickelt sie hat aber auch ein besonders hohes Potential für portable Kleinanwendungen Quelle Forschungszentrum Jülich Im mobilen Bereich werden hinsichtlich der Leistungsdichte sowohl massen als auch volumenspezifisch sehr hohe Anforderungen gestellt etwa 0 5 1 kg kW Bei stationären Anlagen hingegen führt eine geringere Leistungsdichte der Anlage im wesentlichen nur zu höheren Materialkosten Auch die Anforderungen an die Leistungsdynamik stationärer Anlagen sind geringer Dafür werden aber eine um den Faktor 10 höhere Standzeit etwa 50 000 h gegenüber 5 000 h und damit eine um den Faktor 10 geringere Alterung gefordert Entwicklungsstand Folgende Merkmale kennzeichnen die Brennstoffzelle und zeigen damit letztlich auch die Motive auf bei der Energiewende zur umweltschonenden Energieversorgung auf die Brennstoffzelle zu bauen

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  • AFC
    unlöslichem Karbonat führt so dass CO 2 aus den zugeführten Gasen entfernt werden muss Als Elektrodenmaterialien werden Raney Nickel für die Oxidation des Wasserstoffs bzw Raney Silber für die Reduktion des Sauerstoffs oder auch mit Edelmetallen aktivierter Kohlenstoff eingesetzt Für die Stromableitung wird reines Nickel verwendet während die Zellenrahmen aus Kunststoff bestehen Ein Vorteil der AFC ist die Verwendung von eher preiswerten Katalysatoren Die Katalysatoren wiederum sind notwendig um bei den niedrigen Temperaturen eine ausreichend hohe Geschwindigkeit der elektrochemischen Reaktion zu erzielen Aufgrund der niedrigen Betriebstemperaturen und der vergleichsweise geringen Korrosivität der Kalilauge bestehen keine signifikanten Materialprobleme Die erreichten Zellwirkungsgrade liegen bei etwa 70 Einsatzbereiche Die AFC stellt aufgrund der beschriebenen Reaktionen der Kalilauge hohe Anforderungen an die Reinheit der Reaktionsgase Konnte früher nur hochreiner Wasserstoff verwendet werden reicht modernen AFC allerdings bereits Wasserstoff in Industriequalität Kathodenseitig durfte bislang nur reiner Sauerstoff eingesetzt werden Bei neueren Entwicklungen ist auch Luft möglich aus der allerdings das Kohlendioxid z B durch Adsorptionsmittel entfernt werden muss Aus diesem Grunde erscheint auch ein Betrieb mit Kohlenwasserstoffen aus denen man durch Reformierung ein wasserstoffhaltiges Gas mit nicht unerheblichem Kohlendioxidanteil gewinnt nicht sinnvoll da der Aufwand für die Gasreinigung sehr aufwändig wäre Wegen der extrem hohen

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  • PEFC
    der Anode zur Kathode wo sie zusammen mit den Sauerstoff Ionen zu Wasser rekombinieren Der für die Ionenleitung notwendige Wassergehalt heute verfügbarer perfluorierter Polymermembranen z B aus NAFION führt zu der Begrenzung der Betriebstemperatur auf max 100 C Der elektrische Kontakt von den Elektroden zu den bipolaren Platten erfolgt über metallische oder Kohlenstoff enthaltende Stromableiter Gasdiffusionslage Diese Stromableiter müssen gas und flüssigkeitsdurchlässig sein um den Antransport der Reaktionsgase und den Abtransport des Reaktionswassers zu ermöglichen Quelle Grafik rechts Vaillant Bei den niedrigen Temperaturen sind Katalysatoren notwendig um eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit der elektrochemischen Reaktion sicherzustellen Aus materialtechnischer Sicht erfordert der stark saure Charakter der Membran vergleichbar mit Schwefelsäure den Einsatz von Edelmetallkatalysatoren wie Platin oder Platinlegierungen Die Membranen werden mit dem edelmetallhaltigen Katalysator beschichtet wobei der polymere Elektrolyt teilweise in die porösen Elektrodenstrukturen hinein reicht In der Reduzierung der notwendigen Katalysatormenge und damit verbundener Kostenreduzierung liegt eines der Hauptentwicklungsziele bei der PEFC Die verwendeten Katalysatoren sowie Elektrolyte erfordern eine vergleichsweise hohe Brenngasreinheit siehe Kapitel Brenngaserzeugung Als Brenngas kommt nur H 2 in Betracht Oxidationsmittel ist O 2 wobei im Unterschied zur AFC auch ein Luftbetrieb möglich ist dies erweitert die Einsatzmöglichkeiten der PEFC deutlich Kohlenmonoxid CO wird jedoch nur in sehr geringen Mengen toleriert da es als Katalysatorgift wirkt Foto Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH Duisburg Der wirtschaftlich interessante Leistungsbereich liegt zwischen wenigen Watt und ca 300 kW e Die technisch erreichbaren Vorlauftemperaturen von 75 C bei Abwärmenutzung eignen sich für die Heizwärmeversorgung Der elektrische Zellenwirkungsgrad liegt etwa bei 58 der elektrische Systemwirkungsgrad zwischen 32 und 40 Neuere Entwicklungen zielen auf die Erhöhung der Betriebstemperatur und eine Verringerung der Katalysatorbeladung Beides hat die Absenkung der Systemkosten zum Ziel Bei den sogenannten Hochtemperatur PEFC HT PEFC werden mittlerweile Betriebstemperaturen von bis zu 180 C erzielt Dies gestattet es auch mit geringeren Brenngasreinheiten zu

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  • DMFC
    Methanol Brennstoffzelle Direct Methanol Fuel Cell DMFC ist eine Niedertemperaturbrennstoffzelle Sie arbeitet bei Betriebstemperaturen unter 100 C Aufbau Die Direktmethanol Brennstoffzelle DMFC ist als Weiterentwicklung der PEFC anzusehen entsprechend ist der Elektrolyt ebenfalls eine Kunststoffmembran Als Katalysatormaterial wird zumeist eine Mischung aus Platin und Ruthen eingesetzt die sich besonders zur Oxidation von Methanol sowie der entstehenden Zwischenprodukte eignet Einsatzbereiche Die Besonderheit der DMFC besteht im verwendeten Brennstoff sie kann an der Anode direkt mit flüssigem Methanol 80 90 C oder mit Methanoldampf 120 130 C und an der Kathode mit Luft beaufschlagt werden Die DMFC stellt deshalb eine für den Antrieb von Fahrzeugen sehr interessante Alternative etwa zum Batteriebetrieb bzw zum Wasserstoffbetrieb einer PEFC dar Um eine PEFC mit Methanol zu betreiben ist immer ein vorgeschalteter Reformer notwendig was die Systemtechnik kompliziert Prinzip der Indirekt Methanol Brennstoffzelle Die DMFC bietet die prinzipiellen Vorteile des geringeren Systemvolumens und gewichts des einfacheren Systemdesigns der einfacheren Betriebsweise mit schnellerem Ansprechverhalten und besserer Dynamik sowie geringeren Investitions und Betriebskosten Allerdings ist der Platinbedarf höher als bei der PEFC DMFC Stack Forschungszentrum Jülich Die im Vergleich zur PEFC reduzierte Leistungsdichte der DMFC ist zum einen auf die langsamere Kinetik der Methanoloxidation und zum anderen auf

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