Reversible Brennstoffzelle

Thermodynamische Grundlagen

Da nach DM Energieerhaltungssatz (1 Hauptsatz der Thermodynamik) keine Energie verschwinden Kann und bei Chemischen Reaktionen auch immer Entropy Änderungen auftreten, Durcheinander Eine reversible Brennstoffzelle this Entropieänderungen Durch EIN oder reversiblen warm- Energietransportsystem über die Grenzen der Zelle hinweg ausgleichen Kann. ^[1]

Wenn Grundvoraussetzung hätte vorgerückt werden müssen, maximiert die Brennstoffzelle ihre reversible Arbeit bei der Verbrennungsreaktion. Es vergoldet bei einer Temperatur der Zelle nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik :

{\ displaystyle \ Delta ^ {r} S \! \, – {\ frac {q_ {BZrev}} {T_ {BZ}}} = 0}mit {\ displaystyle \ Delta ^ {r} \! \, S} Entropieänderung der Brennstoffzelle (BZ), {\ displaystyle q _ {\! \, BZrev}} Reversible Wärme der BZ und {\ displaystyle T _ {\! \, BZ}} Temperatur der BZ

Da nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik für die Reaktionsenthalpie {\ displaystyle \ Delta \! \, ^ {r} H} vergoldet:

{\ displaystyle q_ {BZrev} + w_ {tBZrev} = \ Delta ^ {r} \! \, H}mit {\ displaystyle w _ {\! \, tBZrev}} Reversible Arbeit der BZ,

Dies ist wirklich das, um diese wiederholbare Arbeit für reversible Arbeit wiederherzustellen:

{\ W Anzeigeart _ {\! \, TBZrev} = \ Delta} ^ {r \! \, H-BZ T_ {} \ cdot \ Delta} ^ {r \! \, S} ^[1]

Diese reversible Arbeit ist auch notwendig für die Überprüfung der Temperatur und der Änderung der Reaktionsentropie ab.

Beispiel Wasserstoff-Brennstoffzelle

Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle verbraucht Wasserstoff (H ₂ ) und Sauerstoff (O ₂ ) zur Erzeugung einge von Elektrizität und Wasser (H ₂ O); als reversible Brennstoffzelle muss sie nun pro Elektrolyse aus Wasser und Wasser trinken. Dazu war ein Electrolytic mit der Brennstoffzelle kombiniert. ^[2]

Reversibler Prozess in einer Wasserstoff-Brennstoffzelle:

{\ displaystyle \ mathrm {2 \ H_ {2} \ + \ O_ {2} \ \ \ longrightarrow \ 2 \ H_ {2} O + \ \ Delta H}}

Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser unter Energieabgabe

{\ displaystyle \ mathrm {2 \ H_ {2} O \ {\ xrightarrow {Elektrolyse}} 2 \ H_ {2} + O_ {2}}}

Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff unter Energiezufuhr

Eine weitere mögliche Anwendung ist die Energiespeicherung des Power-to- Gas – Prozesses. Zur Verringerung der Komplexität of this Systeme und zur Verkleinerung reversible Auch unter Brennstoffzellen sucht , dass Sowohl als Elektrolyseur wie Auch als fuel cell arbeiten can (waren Reversible Brennstoffzelle , kurz URFC ). Für diesen Zweck wurden von diesenPolymerelektrolyten Reline und Festoxidrichstoffzellen eingesetzt. ^[2] Erste Anlagen wurden kurzlich (Stand 2015) auf dem Markt eingeführt. ^[3]

Der Einsatz von reversiblen verglichen mit Brennstoffzellen ermöglichen herkömmlich Technologies Elektrolysen zur Brenngasherstellung Profilierung mittels bei gutem Abwärmemanagement Deutlich zu bildendem höheren Strom-Strom-Wirkungsgrad bis ETWA 70% und niedrigere und Handhabung. ^[4]

Daneben Kann Eine reversible Brennstoffzelle mit Einem Brennstoffspeicher oder Durch Anschluss eines EINEN eines Verteilnetz Speicher ersetzen, Wodurch ein und Deutlich niedrigeres günstigeres Leistungsgewicht erreicht waren Kann, jedoch mit geringerem mit Wirkungsgrad .

Weblinks

• Datenblatt Modellauto mit reversibler Brennstoffzelle. ( Memento vom 13. März 2017 im Internetarchiv ) (PDF, 340 kB)

Einzelstunden

1. ↑ ^{Hochspringen nach:a b} W. Winkler: Brennstoffzellenanlagen. Springer, 2002, ISBN 978-3-540-42832-9 , S. 14-22.
2. ↑ ^{Hochspringen nach:a b} Fraunhofer ISE : Reversible Brennstoffzellen – Langzeitspeicher für elektrische Energie.
3. Hochspringen↑ Alberto Varone, Michele Ferrari, Power to Liquid und Power to Gas: Eine Option für die deutsche Energiewende . In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 45, (2015), S. 207-218, hier S. 209, doi: 10.1016 / j.rser.2015.01.049 .
4. Hochspringen↑ Jensen et al .: Großflächige Stromspeicherung mit reversiblen Festoxidzellen kombiniert mit einer unterirdischen Speicherung von CO2 und CH4 . In: Energie- und Umweltwissenschaften (2015), doi: 10.1039 / c5ee01485a .