Geschichte der Brennstoffzellen

Vorgeschichte

Im Jahr 1800 schüchterte Alessandro Volta einen Brief mit einer Nachricht über seine Voltasche Säule nach London. Die erste moderne Batterie wurde zur Aufrechterhaltung einer Forewegungstätigkeit verwendet, die für Batterien verwendet wird, aber auch zur Entdeckung der Elektrolyse . Schon 1800 entdeckten William Cruickshank, William Nicholson und Anthony Carlisle, die die Wasserelelectrol , Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, durchführten.

William Robert Grove Beschäftigte 1838 intensiv sich mit der Optimierung herkömmlicher Batterien. ^[1] [2] das Dabei Entdeckte dort Auch Eine Zelle mit amalgamierter Zinkelektrode Einerseits und Eine Salpetersäure Platinelektrode in andererseits, das ein schnellen Spannung von Einem 2 V liefert und Zellen DAHER Zeitgenössischen überlegen verwirrt. ^[3]

1838 bis 1843: Entdeckung der „Gasbatterie“

Im Dezember 1838 Beschreibt Christian Friedrich Schönbein that Platinelektroden waren Schwefelsäure entgegengesetzt aufgeladen, Sie Once, ob Wasserstoff oder Sauerstoff (oder Chlor) anwesend Ist. ^[4] [5] DAMIT HAT dort gefunden DAS PRINZIP DER fuel cell. Daraufhin Baute William Robert Grove Auch Eine entsprechende Spannungsquelle. Wer im , Januar 1839 berichtet, gibt Wasserstoff und Sauerstoff Könnte eine Elektrode Platindrähte umsetzen aus und so Umkehrung Durch Einer der Wasser – Elektrolyse elektrische Spannung erhalten. ^[2]Danach verband es mit Zellen zu einer Batterie, die keine „Gasbatterie“ benutzten – der Begriff Brennstoffzelle bestand noch nicht. 1842/1843 stellte dort verbesserte Zellen vor, die platinierte Platinfolienstreifen enthielten und Durch Die Vergrößerte und katalytisch aktive OBERFLÄCHE Stärker waren als solche mit Glatten Elektroden. ^[6]

1850 bis ca. 1950: Forschung verschiedene Brennstoffzellen im Labor

Das 1889 entwickelte Chemiker Carl (Charles) Langer und Ludwig Mond eine verbesserte Brennstoffzelle. Sie verdorbene Lebensmittel als Brenngas eines aus Kohle, Luft und Wasser hergestellten wasserstoffhaltiges gemisch, Krawatte Mond Gas , prägt und Auch den Begriff „Brennstoffzelle“. Der Physikochemiker Wilhelm Ostwald berichtete 1894, die Brennstoffzellen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren unterliefen dem wirksamen Wirkungsgrad vonWärmekraftmaschinen. Da gibt es die Elektrochemie als Weg zu effizienter Energieumwandlung. ^[7] [8]

Für Eine verbesserte umsetzung des Wasserstoffs Beschreibt Alfred Schmid (1899-1968) 1923 und 1924 wenig beachteten ^[9] Arbeiten Eine Gasdiffusionselektrode mit großer OBERFLäCHE Innerer die sehr starke Ströme liefert. ^[10] [11]

Walther Nernst schrieb im Jahr 1897 ein Patent auf die Nernstlampe erhalten. 1900 Wurde auf den this gebracht Markt, Wodurch die Eignung eitern Elektrolyte für Anwendungen technische gezeigt verwirrt. Darauf aufgesetzt Emil Baur und Hans Preis 1937 eine Brennstoffzelle mit festlichem Elektrolyt , der bei 1000 ° C betrieben wird. ^[12]

Der englische Ingenieur Francis Bacon (1904-1992) beschäftigte in den 1930er Jahren eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle mit alkalischen Elektrolyten. 1940 arbeitete dort das King’s College in Cambridge. Es entwickeln sich praktisch verwöhnte Systeme, für die eine Anwendung in Unterseebooten vorschlug. Es gibt auch entsprechende Unterstützung von staatlichen Stellen.

1950 bis 2000: Entwicklung zur Anwendungsreife, Demonstrationsprojekte und kommerzielle Nutzung in Spezialanwen- dungen

1959 Once dort über Zwei Jahrzehnte hinweg Entwicklungsarbeit geleistet had, stellt Francis Bacon eines System – mit Einer Leistung von bis zu 5 kW vor. Es Könnte DAMIT zeigen that Eine Kombination aus einer Batterie Drucktanks und Brennstoffzellen überlegen Krieg , ideal über Eine Zeit längere Zeit beträchtliche elektrische Leistung erbracht Musste wurden. Im Selben Jahr würde auch das erste Brennstoffzellenfahrzeug , der Allis-Chalmers-Brennstoffzellentraktor , Vorgestellt. Präsentierte 1966 General Motors das erste Brennstoffzellenauto, die Electrovan, der aber Demonstrationsobjekt Blieb.

Im Jahr 1961 wurde eine Brennstoffzelle mit einer flüssigen Lösung von Methanol als Oxidans bekannt, die eine 600-Watt-Leistung lieben könnte. ^[13]

Anwendung in der Raumfahrt

Für das US-amerikanisches Weltraumfahrtprogramm gerechnet wird und Mehrere Generationen Entwickeln Brennstoffzellen eingesetzt: im Zwillings-Programm eines 1,0-kW-System und im Mondfahrtprojekt ( Apollo-Programm ) ein 1,5-kW-System vorhanden . ^[14] Ein Wigger-Vorteil der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle war dabei, dass sie auch Trinkwasser für die Beziehungen liebte. ^[14]

Dass Systeme von Personal Patienten Zwillinge Erdumrundungen stammt von General Electric und enthält festen Polymerelektrolyte, genauen Ionenaustauscherharze sulfonierten aus Polystyrol . ^[14] Diese Anlagen des Apollo-Mondfahrtprogramms liebten Pratt und Whitney . Das Gesamtsystem wiegt 810 kg und begeistert 31 in Reihe geschaltete Einzellen, die eine Tasche von 500 kwh lieben. Es waren alkalische Zellen, die 75% ige Kalilauge enthielten und die bei 200 ° C wogen . ^[14] Die Raumfähre enthüllt drei Einheiten, von denen jeder über hundert Kilo-Felsen sieht. Sie haben 7 kW und maximal 12 kW. ^[14]

Weitere Brennstoffzellenfahrzeuge

Das Unternehmen 1979 gegründete Kanadische Ballard Power Systems forschte seit 1983 ein Brennstoffzellen, zunächst vom Unterstützt kanadischen Verteidigungsministerium . ^[15] Bis 1986 war ein leistungsstärkerer Zellstapel mit zwölf Zellen gebaut. 1993 wurde einer der Ester Demonstrations-Brennstoffzellbus fertiggestellt. ^[15] Ebenfalls 1993 unterzeichnete Daimler-Benz und Ballard einen Vertrag zur Entwicklung von Straßenfahrzeugen. Daraufhin stellte Daimler die 1994 NECAR 1 vor (New Electric Car), der Auf den Transporter Mercedes-Benz MB 100 basiert. 1996 folge der NECAR 2, ebenfalls ein umgerüsteter Mercedes-Benz W 638. Dieser bot Platz für sechs Passagiere und hatte eine Reichweite von 250 km. ^[16] 1997 Daimler-Benz 25% der Anteile an Ballard, Ford weitere 15%. ^[15] Außer dem war der Sieger des NECAR 3 vorgestellt, eine Mercedes-Benz A-Klasse mit einer Höchstgeschwindigkeit von 120 km / h. Die Brennstoffzellen erwürgten diejenigen, die mit Wasserstoff kämpften, die aberwährend der Fahrt in einem Methanol-Reformer . Die NECAR 4 von 1999, der mit flüssigem Wasserstoff, ist bekannt als die Wurde, hatte schon eine Reichweite von 450 Kilometern.

21. Jahrhundert: Kommerzialisierungsversuche und -erfolge

In den Jahren von 2000 bis 2010 wurden viele Prototypen zu kleineren Brennstoffzellen für Anwendungen in der Mobilelektronik demonstriert. Die Firmen, verankert durch Geräte mit Direktmethanolrestenstoffen , auch Sony, Toshiba, NEC, Fujitsu und Motorola. ^[17] Andere, zB Casio, kombinierter einen Methanolreformer mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle (PEM). ^[18] Kaum eines dieser Geräte war dann tatsächlich Markt. Ein Grund für den Fall der Preissenkung.

Stirbt im Jahr 2000 gegründete Firma SFC Energy verschiedene Direktmethanolbrennstoffzellen verkauft – Sowohl für Geräte und Spezial- Industrieanwendungen als Auch für solche Endkunden, zB für Reisemobile. Nach eigenen Angaben hat sie schon über 35.000 Brennstoffzellen verkauft. ^[19]

Die von den Howaldtswerke-Deutsche Werft Kiel (HDW) entwickelten und seit 2003 gebauten Untersee der Klasse 212 und Klasse 214 waren Durch außenluftunabhängige Brennstoffzellensysteme Angetrieben.

Für stirbt Versorgung von haushalten mit Strom und Wärme wurde zunehmend Kraft-Wärme-Kopplung s Brennstoffzellenanlagen angeboten , die mit Wasserstoff, Erdgas oder Methan Betrieben waren can. ^[20]

: Mehrere Auto – Schlosser Brennstoffzellenfahrzeuge in Kleinserien produziert Hyundai Stellen die seit 2013 Hyundai ix35 FCEV sie. Seit 2014 verkauft Toyota den Mirai und schon seit 2008 Honda den Honda FCX Clarity . Die verbesserte Version von Clarity, die ab Ende Auch im Jahr 2016 in Europa waren sollen verkauft, hat nach den Angaben der Umweltschutzbehörde US EPA (USA Environmental Protection Agency ) Mit 589 km von reiner Elektro Reichweite seiner höchsten angetriebenen Autos. ^[21]

Einzelstunden

1. Hochspringen↑ William Robert Grove: LVI. Auf einer neuen Voltaik-Kombination . In: David Brewster, Richard Taylor, Richard Phillips (Hrsg.): Philosophisches Magazin – The Philosophical Magazine in London und Edinburgh und Jornal of Science . Serie 3. Band 13, Nr.  84. Richard John und E. Taylor, 1838, ISSN  0031-8086 , LVI, S. 430-431, doi : 10,1080 / 14786443808649618 (Englisch, google.de[abgeraufen am 11. November 2016] Grob trennte die Elektroden einer seiner galvanischen Zellen zB durch eine Platte aus ungeschöntem, porösem Porzellan. Durch ein einzelnes Diaphragma kann von Polen auf die Batterie verschiedene Versionen eingestellt werden. Hier werden auschließlich Kupferulfatlösungen und Eisenbleche verwöhnt.): „Der poröse Filter als […] ein wichtiges Element“
2. ↑ ^{hochspringen nach:a b} William Robert Grove: Auf Volta’sche Serie und die Kombination von Gasen , die durch Platin . Swanson, Dez. 14, 1838. In: David Brewster, Richard Taylor, Richard Phillips (Hrsg.) Philosophical Magazine – The London und Edinburgh Philosophical Magazine und Jornal of Science . Serie 3. Band  14, Nr.  86. Richard John und E. Taylor, 1839, ISSN  1941-5966 , XXIV, S.  127-130, doi : 10,1080 / 14786443908649684 (Englisch, archive.org[Abgerufen am 11. November 2016] Im Hauptteil der Arbeit (Eingereicht am 14. Dezember 1839) waren verschiedene Kombinationen von Elektrolytlösungen im hinblick auf WIRKUNG in galvanischen Zellen unter suchen Ihre. Erst im nachträglich eingefügten Anhang (Januar 1839) ist bei den Gaselektroden zu sehen. Hier used es Nur eine Einzelzelle noch keine Serienschaltung, dh keine Batterie). „-Streifen oder Platin […] hermetisch versiegelt, durch den Boden einer Glasglocke; […] das Glas war mit Wasser gefüllt, das mit Schwefelsäure […] sauerstoffbeladen war, das andere mit Wasserstoff „
3. Hochspringen↑ John Meurig Thomas, WR Grove und die Brennstoffzelle . In: Philosophical Magazine . Band 92, Nr.  31. Taylor & Francis, November 2012, ISSN  1478-6443 , S. 3757 bis 3765, doi : 10,1080 / 14786435.2012.691216(englisch): „montiert Grove eine leistungsfähige Energiequelle in Pt Wie viele Anhänger in der O ₂ oder ein Paar war metallisch mit dem Pt in dem H angeschlossen ₂ der nächsten „
4. Hochspringen↑ Christian Friedrich Schönbein: Neue Beobachtungen über die Volta’sche Polarisation fester und flüssiger Leiter . In: Johann Christian Poggendorff (Hrs.): Annalen der Physik und Chemie . Zweite Reihe. Band 17, Nr.  1. Johann Ambrosius Barth, Leipzig, 1839, V, S. 101-123 ( Online bei Gallica Biblioteque nationalen de France [abgerufen am 22. November 2016] Basel, Dezember 1938 Siehe insbesondere Seite 105, Abschnitt 10): ‚Wird Wasser ( Durch etwas Schwefelsäure leitender gemacht) mit Wasserstoffgas Geschüttelt, this EinFlüssigkeit wird, unten mit Einer Blase verbundene Glasröhre, […]so erhalt man EINEN Strom … „
5. Hochspringen↑ Christian Friedrich Schönbein: Auf der Voltaschen Polarisation oder certainement feste und flüssige Substanzen . In: David Brewster, Richard Taylor, Richard Phillips (Hrsg.) Philosophical Magazine – The London und Edinburgh Philosophical Magazine und Jornal of Science . Serie 3. Band 14, Nr.  85. Richard und John E. Taylor, 1839, ISSN  0031-8086 , X, S. 43-45, doi : 10,1080 / 14786443908649658 (englisch,google.de[abgerufen am 11. November 2016] Hintergrund der Arbeit ist die Frage, wer diese Spannung in galvanische Elemente einträgt. Diejenigen Argumentieren Nutzt die damals Bekannte katalytische wirkung von Platin Auf die umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff schon). „Wasser leicht mit Schwefelsäure gesäuert und Halten etwas Wasserstoff gelöst […] die aktuelle in Frage wird durch die Kombination von Wasserstoff verursacht mit (der ) Sauerstoff (in Wasser gelöst)
6. Hochspringen↑ William Robert Grove: Über die Gasvoltaische Batterie. Experimente mit Blick auf Ermittlung der Begründung ihrer Klage und ihre Anwendung in der Eudiometry . In: Royal Society (Hrsg.) Philosophical Transactions of the Royal Society of London . Für das Jahr 1843. Band 133, Nr.  2. Richard John und E. Taylor, 1843, ISSN  0261 bis 0523 , VIII, S. 91-112, doi : 10,1098 / rstl.1843.0009 , JSTOR : 108377 (Englisch, google.de[abgerufen am 11. November 2016] Dasselbe auch in: The Philosophical Magazine in London, Edinburgh und Dublin und Journal of Science):„Streifen aus gut platinierter Platinfolie“
7. Hochspringen↑ Friedrich Wilhelm Ostwald: Die Wissenschaftliche Elektrochemie der Gegenwart und der Technischen Zukunft . In: Zeitschrift für Elektrotechnik und Elektrochemie . heute: Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie. Band 1, Nr.  4, 15. Juli 1894, ISSN  0005-9021 , S. 122-125, doi : 10.1002 / bbpc.18940010403 ( erste Seite beim Verlag- Die von Oswald erträumte direkte umsetzung von Kohle in Einer Brennstoffzelle ist DENKBAR, aber Weitab des heute möglichen): „Der Weg Nonne, auf welchem ​​alle technischen this grösste Fragen, die Beschaffung billiger Energie zu Cellulosen ist, Dieser Weg Durcheinander von der. Elektrochemie wurde gemacht. Haben wir ein galvanisches Element, Welches aus Kohle und DEM-Sauerstoff der Luft unmittelbar elektrische Energie liefert, und Zwar in Einem Beträge, die einigermaßen im Verhaltnis zu DEM Theoretischen Werte STEHT, Dann Stehen wir Vor einer technischen Umwälzung, gegen Welche welche bei der Erfindung der Dampfmaschine fächelte auf. „
8. Hochspringen↑ Friedrich Wilhelm Ostwald: Der Spezialist für chemische Chemieder Gegenwart und der technischen Zukunft . Vortex, Inhalt für 2. Jahresversammlung des Verbandes der Elektrotechniker Deutschlands am 8. Juni 1894 in Leipzig. In: Wilhelm Ostwald und J. H. van’t Hoff (Hrsg.): Zeitschrift für Physikalische Chemie, Stöchiometrie und Verwandschaftslehre . Band15, Nr. 4. Wilhelm Engelmann, Leipzig 1894, S.409-421 ( online im Internetarchiv [abgerufen am 11. November 2016]).
9. Hochspringen↑ Werner Schnurnberger: Handbuch Brennstoffzellen-Technik. In: Buchrezensionen. pro physik.de, Wiley-VCH Verlag; abgerufen am 16. November 2016 .
10. Hochspringen↑ Alfred Schmid : Die Diffusionsgaselektrode . Ferdinand Enke, Stuttgart 1923, DNB  362325200 , OCLC 41832578 .
11. Hochspringen↑ Alfred Schmid: Die Diffusionsgaselektrode . In: Helvetica Chimica Acta . Band 7, Nr.  1, 1924, ISSN  1522-2675 , S. 370-373, doi : 10.1002 / hlca.19240070143 : „Die Wirksamkeit an die Kunststoff Elektrode Wasser ist sehr schlecht, weh DA die hydrogen ich nur dort betätigt, gleichzeitig drei Phasen sterben: Elektrolyt-Gas -Metall sistérammenkommen. „
12. Hochspringen↑ Emil Baur, Hans Preis: Über Brennstoff-Ketten mit Festlehrern . In: Zeitschrift für Elektrochemie und angewandte physikalische Chemie . Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie. Band 43, Nr.  9, September 1937, ISSN  0005-9021 , S. 727-732, doi : 10.1002 / bbpc.19370430903 .
13. Hochspringen↑ Bent Sörensen; Michael A. Priestnall, Vega K. Kotzeva, J. Fisch, Eva M. Nilsson: Brennstoffzellen-Kompendium . Wasserstoff und Brennstoffzellen. Hr .: Nigel P. Brandon, David Thompsett. Elsevier, Amsterdam ua 2005,ISBN 0-08-044696-5 , Kapitel 30. KompakteMischreaktantenbrennstoffzellen, S. 595 (englisch, google.de [18. November 2016] demnach sorgte sich um Zelle in: PG Grimes, B. Fielder, J. Adam 1961, Proc, Annu Power Sources Conf. 15 (1961) 29-32).
14. ↑ ^{hochspringen nach:a b c d e} Marvin Warshay, Paul R. Prokop: Die Brennstoffzelle im Raum: Gestern, heute und morgen . Grove Anniversary Brennstoffzellen-Symposium. In: NASA Lewis Research Center (Hrsg.): Technischer Bericht der NASA. Band  102366. Cleveland, Ohio 1989 (englisch, 10 Seiten, nasa.gov [PDF; 507  kB; abgerufen am 11. November 2016]): „Zu diesen Vorteilen zählt die Fähigkeit der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, Trinkwasser zu liefern „
15. ↑ ^{Hochsprung nach:a b c} Ballard Power Systems Inc. Die Macht, die Welt zu verändern. In: Die Praxis der Innovation – Sieben kanadische Firmen im Profil. Government of Canada Publications, 2003, S. 20-31 ; abgerufen am 9. Dezember 2016 (pdf, englisch): „Das Unternehmen hat erreicht Bein arbeiten an der Verfeinerung der Brennstoffzellentechnologie für kommerzielle Zwecke seit 1983 […] im Jahr 1986, Ballard Power Systems einen Durchbruch Punkt.“
16. Hochspringen↑ NECAR: Neues Elektroauto. In: Geschichte der Brennstoffzellen-Fahrzeuge. dieBrennstoffzelle.de; abgeraufen am 9. Dezember 2016 : „eine Höchstgeschwindigkeit von 110km / h und eine Tankreichweite von 250km“
17. Hochspringen↑ Xianglin Li, Amir Faghri: Bewertung und Fortschritte oder Direktmethanol – Brennstoffzellen (DMFC) Teil I: Entwicklung, Herstellung und Prüfung mit hohen Konzentration Methanollösungen . In: Tagebuch der Energiequellen. Band 226. Elsevier BV, 2013, 3. Fortschritte bei der Entwicklung und Entwicklung von DMFC-Prototypen, 3.2. DMFCStapel Entwicklung hohe Methanolkonzentration verwenden, S. 223-240, doi : 10.1016 / j.jpowsour.2012.10.061 (Englisch, researchgate.net [PDF; abgerufen am 11. November 2016]): „The state-of-the – DMFC-Prototypen und -Produkte sind wettbewerbsfähiger als wiederaufladbare Batterien, insbesondere in Anwendungen wie dem militärischen Einsatz. „
18. Hochspringen↑ Das neue Gerät von Casio zerkleinert Größen- oder PC-Brennstoffzellen . In: Brennstoffzellen-Bulletin . Ein internationaler Newsletter. Band 2006, Nr.  5. Elsevier Lt, Mai 2006, ISSN  1464-2859 , S. 1, doi : 10.1016 / S1464-2859 (06) 71030-6 (Englisch, els-cdn.com [PDF; abgerufen am 11. November 2016] Angekündigt verwirrt eine Laufzeitdie Länger als ist von Lithiumionenakku Gleicher Größe viermal): „der neue Reformer wird gebootet wird für 20 Stunden mit einer einzigen Ladung laufen“
19. Hochspringen↑ http://www.sfc.com/de/SFC-Energy-Partner-AG-Gruppe-liefert-tragbares-SFC-Energienetzwerk-an-Belgische-Armee
20. Hochspringen↑ ASUE – Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch eV (Hrsg.): Brennstoffe für die Hausenergieversorgung . Funktionsweise, Entwicklung und Marktüberblick. März 2016 ( asue.de [PDF, 5.0 MB, aberaufen am 11. November 2016]): „Zurzeit befindet sich die Brennstoffzelle in der Markteinführungsphase“
21. Hochspringen↑ John Voelcker: 2017 Honda Clarity Brennstoffzelle bei 366 Meilen oder Reichweite von EPA. Green Car Reports, 24. Oktober 2016; abgerufen am 16. November 2016 (deutsch).