Das Prinzip der Brennstoffzelle

Das Prinzip einer Brennstoffzelle ähnelt dem eines Sandwichs:

Die Außenhülle bilden zwei Bipolarplatten aus Metall, die als Anode und Kathode dienen. Sie sind mit feinen Kanälen durchzogen, um den Sauerstoff und Wasserstoff im gasförmigen Zustand gleichmäßig in der Zelle zu verteilen.

Dazwischen befindet sich eine Protonen-Austausch-Membran (Proton Exchange Membran, PEM). Sie ist undurchlässig für den Sauerstoff, aber durchlässig für Wasserstoff-Protonen. Auf diese Membran ist beidseitig eine Katalysatorschicht aus Platin und Kohlenstoff aufgetragen. Dann folgt ebenfalls auf beiden Seiten eine Gasdiffusionsschicht (Gas Diffusion Layer, GDL), die für eine gleichmäßige Verteilung des gleichförmigen Wasserstoffs und Sauerstoffs auf der Oberfläche der Zelle sorgt. Die feinen Wasserkanäle in den Bipolarplatten dienen zur Kühlung.

Wasserstoff und Luft liefern den Zellen die Zutaten für eine kontinuierlich ablaufende Reaktion, die das Fahrzeug mit Energie versorgt. An der Anode wird der Wasserstoff zugeführt, an der Kathode die komprimierte Luft zur Sauerstoffversorgung. Von der Katalysatorschicht aus Platin und Kohlenstoff angeregt, oxidiert der Wasserstoff zu Wasserstoff-Protonen und Elektronen. Die Wasserstoff-Protonen wandern durch die Membran und reagieren mit dem Sauerstoff unter Elektronenaufnahme zu Wasser, die negativ geladenen Elektronen des Wasserstoffs wandern von der Anode zur Kathode und erzeugen dabei Gleichstrom. Diese Reaktion findet bei ca. 80 °C statt. Deshalb spricht man auch von einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle oder einer „kalten Verbrennung“.

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