Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

1 Einleitung: Rettet Wasserstoff das Klima?
Wsserstoffgewinnung 1

Teil 9.3.2 | AFC

Die alkalische Brennstoffzelle (AFC = engl. Alkaline Fuel Cell) war die erste vollständig entwickelte Brennstoffzelle, die als Niedertemperaturzelle für mobile Anwendungen (Raumfahrt und Unterwasserfahrzeuge) eingesetzt wurde. Sie ist gewissermaßen die Umkehr der alkalischen Elektrolyse.

Diese Zelle arbeitet mit einem relativ hohen Wirkungsgrad im Vergleich zu den anderen Typen. Die Zellspannung liegt bei etwa 0,8 Volt, die Stromdichte bei etwa 300 Milliampere pro Quadratzentimeter.

Als Elektrolyt wird in der AFC Kalilauge (KOH) verwendet. Die Ladungsträger (OH-Ionen) wandern von der Kathoden- zur Anodenseite, so dass sich an der Anode Wasser bildet. Im Gegensatz zu anderen BZ-Arten ist als Katalysatormaterial kein Platin notwendig, so dass auf versilbertes Nickel oder Perowskit (CaTiO3) zurückgegriffen werden kann. Dies hat vergleichsweise niedrige Kosten zur Folge. Die Arbeitstemperatur liegt relativ niedrig bei 60 bis 80 °C. Der Betriebsdruck beträgt etwa zwei bar.

Obwohl die gravimetrische Leistungsdichte ähnlich hoch ist wie bei PEM-Brennstoffzellen (0,2 kW/kg) und die Stack-Kosten relativ niedrig liegen (150 Euro/kW), ist das Interesse an der AFC nur begrenzt. Ursachen dafür sind die zum Teil recht langsam ablaufenden chemischen Reaktionen, die geringe Lebensdauer und die Notwendigkeit von hochreinem Wasserstoff und auch reinem Sauerstoff (keine Luft, CO2-Unverträglichkeit). Ammoniak darf nicht zur Zelle gelangen, weil ansonsten der Elektrolyt auskristallisiert.

Der flüssige Elektrolyt mit seinem separaten Flüssigkeitskreislauf hat Vor-, aber auch Nachteile. Negativ zu bewerten ist beispielsweise der erhöhte Dichtungsaufwand. Positiv hingegen sind die einfache Regulierung des Wärmehaushaltes sowie der vereinfachte Wasserabtransport. Ein weiterer Vorteil dieses Typs ist, dass er unempfindlich gegenüber veränderten Betriebssituationen und vergleichsweise einfach zu regeln ist. Außerdem verfügt er über gute Starteigenschaften (keine Vorwärmphase), auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt.

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