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Brennstoffzellen als Energiespeicher

In den letzten Jahren hat die Speicherforschung vorwiegend an Stromspeichern geforscht, die auf Basis von Batterien arbeitet. Hieraus sind Entwicklungen wie die moderne Lithium-Ionen-Technologie hervorgegangen, die inzwischen weit verbreitet ist. Man findet diese Akkutechnik in Laptops, Handys, Werkzeugen und in großem Stil in Stromspeichern zur Eigenverbrauchsoptimierung. Doch dabei ist nicht zu vergessen, dass es viele weitere Möglichkeiten der Stromspeicherung gibt, z. B. die Brennstoffzellentechnik.

"Brennstoff" der Brennstoffzellen

Um eine Brennstoffzelle betreiben zu können, bedarf es zunächst zweier Komponenten: Wasserstoff und Sauerstoff. Diese lassen sich mittels regenerativ erzeugter Energie durch die Elektrolyse von Wasser erzeugen. Das Gas wird dabei im Verhältnis 2:1 gewonnen. Dies bedeutet, dass der Wasserstoff bei der Elektrolyse ein größeres Speichervolumen benötigt. Daneben gibt es noch die Möglichkeit, den Wasserstoff aus Erdgas zu gewinnen. Dies ist allerdings im Hinblick auf die Energiewende eher als zweitrangig anzusehen.

Funktion der Brennstoffzelle

In der Brennstoffzelle werden die Komponenten Wasserstoff und Sauerstoff an eine halbdurchlässige Membran geleitet. Um den Wasserstoff zu zerlegen, ist ein Katalysator notwendig. Aus dem Wasserstoff entstehen Ionen und Elektronen. Die Elektronen wandern nun durch die angeschlossenen Leitungen und Verbraucher zur Sauerstoffseite, wo sie reagieren. Es entsteht als Endprodukt Wasser. Da die Spannung einer Brennstoffzelle lediglich im Idealfall 1,23 V beträgt, werden mehrere Zellen in Reihe geschaltet. Es entsteht ein sogenannter Stack. Brennstoffzellen erzeugen eine Gleichspannung. Zur Einspeisung wird daher noch ein Wechselrichter benötigt.

Möglicher Speicher der Zukunft

Brennstoffzellen können zukünftig in der Speichertechnologie eine wichtige Rolle spielen. Die Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff ist schon gut ausgereift. Die Elektrolyse funktioniert technisch gut. Problematisch ist die Lagerung. Um die Komponenten lagern zu können, müssen diese unter hohem Druck in Tanks gefüllt werden. Die Verdichtung setzt große Mengen Wärme frei, die sinnvoll abgegeben werden muss. Dagegen muss bei der Entnahme aus den Tanks Wärme zugeführt werden, um ein zu starkes Abkühlen zu vermeiden. Dies vermindert den Wirkungsgrad des Lagersystems. Daher gibt es Überlegungen, die beim Einlagern entstandene Wärme getrennt zu speichern und bei der Entnahme wieder dem System zuzuführen. Dies wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad aus. Weitere Schwachstelle des Systems ist die Langzeitstabilität der Membran der Brennstoffzelle. Hier wurde jedoch durch technische Verbesserungen die Lebensdauer erhöht.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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