Alkalische Brennstoffzelle

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Schematischer Aufbau einer Alkalischen Brennstoffzelle

Die Alkalische Brennstoffzelle (engl. Alkaline Fuel Cell, AFC) ist eine Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle..

Inhaltsverzeichnis

1 Prinzip
2 Anwendungsbereiche
3 Reaktionsgleichungen
4 Vor- und Nachteile gegenüber anderen Brennstoffzellen
5 Weblinks

[Bearbeiten] Prinzip

In der Regel wird eine wässrige Kaliumhydroxid-Lösung als Elektrolyt verwendet, früher beispielsweise Hydrazin. Da die Lösungen alkalisch sind, hat die Zelle danach ihren Namen erhalten. Als Brenngas dient Wasserstoff an der Anode, der durch Oxidation mit reinem Sauerstoff an der Kathode umgesetzt wird. An der Anode entsteht dabei als Reaktionsprodukt Wasser, das ständig abgeführt werden muss. Dieser Zellentyp wird bei 60 – 120 °C betrieben.

Die der Kathode zugeführte Luft muss CO₂-frei sein, da dieses sonst mit der Lauge zu einem Karbonat reagiert. Dieses ist dann ein Feststoff (weißer Niederschlag, nicht mehr gelöst), welcher die porösen Elektroden verstopft und zu einem Leistungsabfall der Zelle führt. Im Vergleich zur PEMFC hat die AFC eine geringere Leistungsdichte bei jedoch leicht besserem Wirkungsgrad aufgrund einer höheren Zellenspannung. Sie erreicht jedoch zur Zeit nicht die hohen Stromdichten wie die PEMFC. Der Elektrolyt dient gleichzeitig zur Temperaturregelung des Stacks, womit kein weiterer Kühlkreislauf notwendig ist.

[Bearbeiten] Anwendungsbereiche

Die AFC dient der Strom- und Wassererzeugung beispielsweise in der Raumfahrt (Apollo-Missionen und US Space Shuttle). Zu Versuchszwecken wurde auch ein U-Boot der deutschen Marine mit mehreren AFC-Modulen für den Unterwasserantrieb ausgestattet.

[Bearbeiten] Reaktionsgleichungen

	Gleichung
Anode	$\mathrm{2\ H_2 + 4\ OH^- \to 4\ H_2O + 4\ e^-}$ Oxidation / Elektronenabgabe
Kathode	$\mathrm{O_2 + 2\ H_2O + 4\ e^- \to 4\ OH^-}$ Reduktion / Elektronenaufnahme
Gesamtreaktion	$\mathrm{2\ H_2 + O_2 \to 2\ H_2O}$ Redoxreaktion / Zellreaktion

Der innere Ladungstransport erfolgt mittels Hydroxidionen. Auf der Kathodenseite benötigt die Reaktion Wasser und produziert welches auf der Anodenseite. Um den Wasserbedarf auf der Kathodenseite zu decken, wird die Rückdiffusion durch die Membran verwendet.