Chimie

Pile à combustible

Pile à combustible


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Domaine d'expertise - Électrochimie

(également élément combustible). Variante spéciale d'une cellule galvanique dans laquelle l'oxydation électrochimique d'un combustible convertit l'énergie chimique en énergie électrique.

Des gaz tels que l'hydrogène sont utilisés comme carburants,H2, ou monoxyde de carbone, C.O, ou des composés organiques de bas poids moléculaire tels que le méthane, le méthanol, le formaldéhyde ou le glycol. L'oxygène (air) est généralement utilisé comme agent oxydant.

Les principaux composants d'une pile à combustible sont l'anode, où le combustible s'écoule, la cathode, où l'agent oxydant est fourni, et un électrolyte conducteur d'ions qui sépare les deux espaces d'électrode. Dans le cas d'une pile hydrogène-oxygène, la combustion électrochimique a lieu selon l'équation, selon laquelle l'oxygène est réduit à la cathode et l'hydrogène est oxydé à l'anode :

2H2+O22H2O

Selon la variante de construction de la pile à combustible (combustible, composition de l'électrolyte), les processus en cours diffèrent dans les produits de combustion formés et/ou le type d'ions que les électrons transfèrent. Entre-temps, il existe de nombreux types de piles à haute et basse température qui peuvent être utilisées à la fois mobiles et stationnaires. des options de stockage améliorées pour les combustibles gazeux.

Unités d'apprentissage dans lesquelles le terme est traité

Hydrogène45 minutes.

ChimieChimie inorganiqueChimie des éléments

Cette unité d'apprentissage donne un aperçu de l'élément hydrogène, y compris les propriétés, le comportement réactionnel, la détection, l'occurrence, l'extraction et l'utilisation de l'élément ainsi que des composés sélectionnés.

Expérimentation sur l'efficacité de la pile à combustible PEM90 minutes.

ChimieChimie généraleÉlectrochimie

Une relation peut être établie entre la quantité de gaz théoriquement consommée et l'électricité réellement produite. Dans cette expérience, le rendement de la pile à combustible est calculé à partir de la quantité de gaz réellement consommée par rapport à la quantité de gaz théoriquement calculée.

Sources d'énergie électrochimiques45 minutes.

ChimieChimie généraleÉlectrochimie

La structure et la fonctionnalité de diverses sources d'énergie électrochimique sont présentées.

Piles à biocombustible30 minutes.

BiochimieBases chimiquesPrincipes chimiques généraux

La structure et le mode de fonctionnement des biopiles pour la production d'énergie sont expliqués.

Courbe de performance de la pile à combustible PEM90 minutes.

ChimieChimie généraleÉlectrochimie

Une pile à combustible produit de l'électricité et de la chaleur à partir d'oxygène et d'hydrogène. Dans cette expérience, la puissance de sortie maximale d'une pile à combustible est déterminée.

Expérimentation sur l'efficacité de la pile à combustible PEM90 minutes.

ChimieChimie généraleÉlectrochimie

Une relation peut être établie entre la quantité de gaz théoriquement consommée et l'électricité réellement produite. Dans cette expérience, le rendement de la pile à combustible est calculé à partir de la quantité de gaz réellement consommée par rapport à la quantité de gaz théoriquement calculée.

Performances directes des piles à combustible au méthanol90 minutes.

ChimieChimie généraleÉlectrochimie

La puissance de sortie d'une pile à combustible à méthanol direct dépend de la résistance de charge connectée. Dans cette expérience, vous apprendrez à déterminer la résistance appropriée afin d'obtenir une puissance de sortie optimale.

Expérience sur les performances de la pile à combustible à méthanol direct90 minutes.

ChimieChimie généraleÉlectrochimie

La puissance de sortie d'une pile à combustible à méthanol direct dépend de la résistance de charge connectée. Dans cette expérience, vous apprendrez à déterminer la résistance appropriée afin d'obtenir une puissance de sortie optimale

Tentative de performance d'une pile à combustible90 minutes.

ChimieChimie généraleÉlectrochimie

Les piles à combustible convertissent l'énergie chimique (de l'oxygène et de l'hydrogène) en énergie électrique (électricité). La caractéristique courant-tension d'une pile à combustible indique la tension à laquelle le flux de courant est maximal. La courbe de puissance montre la résistance à laquelle la pile à combustible a sa puissance maximale. Dans cette expérience, la puissance de sortie maximale d'une pile à combustible est déterminée.

Biopiles compactes15 minutes.

BiochimieBases chimiquesPrincipes chimiques généraux

Dans cette unité d'apprentissage introductive et compacte, la structure et le mode de fonctionnement des biopiles pour la production d'énergie sont expliqués.

Types de piles à combustible30 minutes.

ChimieChimie physiqueÉlectrochimie

Dans cette unité d'apprentissage, la structure et les propriétés, les réactions des électrodes ainsi que les avantages et les inconvénients des différents types de piles à combustible sont répertoriés. [À compter de septembre 2011]

Piles à combustible - fonctionnalité et applications45 minutes.

ChimieChimie physiqueÉlectrochimie

Il y a environ 170 ans, la première pile à combustible a été développée en tant que pile galvanique pour produire de l'électricité à partir d'hydrogène et d'oxygène. Jusqu'à présent, les unités à faible bruit et efficaces ont été une niche dans la technologie spatiale et dans quelques applications militaires. Cependant, en raison du changement climatique et de la hausse des prix des combustibles fossiles, ils reprennent de l'importance. Cette unité d'apprentissage explique la structure et la fonction de base des piles à combustible. [En mars 2011]


Pile à combustible au carbone

les Pile à combustible au carbone (angl. Pile à combustible directe au carbone (DCFC)) est une pile à combustible qui fonctionne sur le principe de la conversion directe du carbone et de l'oxygène en CO2 fonctionne avec la libération d'énergie électrique. L'agencement permet de convertir l'énergie chimique en énergie électrique tout en évitant les étapes de conversion à fortes pertes, comme c'est le cas dans les centrales électriques au charbon classiques.

L'Américain William W. Jacques a obtenu un brevet canadien pour une telle pile à combustible dès 1897.


Découverte du principe de base

Dès 1839, l'astronome et physicien anglais WILLIAM GROVE (1811-1896) démontra en laboratoire le mode de fonctionnement de base d'une pile à combustible : de l'hydrogène et de l'oxygène générés électrolytiquement alimentent des électrodes en platine. D'une part, de l'eau se forme, d'autre part, une tension est créée entre les électrodes, ce qui conduit à un courant.
Cependant, développer une source électrique puissante s'est avéré si difficile que ce concept n'a pas été approfondi. De plus, avec la découverte du principe électrodynamique en 1866 par WERNER VON SIEMENS (1816-1892), il est devenu possible de construire des machines à dynamo avec lesquelles des quantités suffisantes d'énergie électrique pouvaient être générées.


Les piles à combustible modernes

Après les travaux préparatoires des scientifiques britanniques et russes dans les années 1930, la pile à combustible est de plus en plus au centre des recherches après la Seconde Guerre mondiale. La raison en était d'une part les progrès de la science des matériaux et de l'électrochimie, qui ont rendu possibles des cellules plus efficaces et plus durables. D'autre part, pendant la guerre froide, pendant la « Course à la Lune » (1961-1969) et la course aux armements entre les États-Unis et l'Union soviétique, il y avait une recherche de sources d'énergie avec de longues durées de fonctionnement, par exemple pour fusées, satellites ou sous-marins. La première application pratique des piles à combustible a été l'alimentation électrique des missions spatiales américaines Gemini à partir de 1963. Les fusées du programme Apollo, avec lesquelles les gens se sont envolés pour la lune pour la première fois en 1969, ainsi que les Navette spatiale étaient équipés de piles à combustible.
Au cours des années 1970, l'homme anthropique Effet de serre de plus en plus dans la conscience publique. Depuis lors, les recherches se sont multipliées sur le développement de piles à combustible pour l'alimentation électrique générale et également pour la propulsion des véhicules.Les piles à combustible qui fonctionnent avec de l'hydrogène et de l'oxygène ne produisent que de l'eau ou de la vapeur d'eau comme gaz d'échappement. Cependant, il n'a pas encore été clarifié de manière concluante quels effets de grandes quantités d'hydrogène libéré auraient sur la couche d'ozone de la terre.
Aujourd'hui, nous travaillons à les utiliser comme fournisseurs d'énergie pour les voitures électriques et même dans les centrales électriques. Il existe déjà un certain nombre de prototypes de voitures à propulsion par pile à combustible et plusieurs centrales thermiques combinées à pile à combustible qui sont testés pour leur praticité.


Pile à combustible

Pile à combustible, BZ, Élément combustible, pile oxhydrique, FC (Anglais pour & # 252r pile à combustible), un élément galvanique dans lequel les matériaux d'électrode sont alimentés en continu, alors que ceux-ci sont alimentés en continu Éléments primaires consommé une fois et à Éléments secondaires (accumulateur) peut être régénéré par des processus de charge séparés dans le temps. Selon leur température de fonctionnement, les piles à combustible sont divisées en unités à basse température (100-200 & # 176C), unités à moyenne température (environ 100-600 & # 176C, par ex. piles à combustible à l'acide phosphorique) et les unités à haute température (> 500 & # 176C, par ex. Piles à combustible en céramique oxyde). Le tableau donne un aperçu des principaux types de piles à combustible.

Pile à combustible: Types de piles à combustible (FC).

les Tension de cellule U0 (Tension en circuit ouvert) est obtenue à partir de l'exigence que l'énergie électrique générée soit égale à & # 916g doit être & # 223, c'est-à-dire

(m: Nombre de moles déplacées, NUNE.: constante d'Avogadro, F.: constante de Faraday). Lors de la consommation de courant, le rendement "pratique", le rapport de la tension aux bornes sous charge, est théorique Tension en circuit ouvert, plus petit que celui théorique et dépendant de la densité de courant (Fig. 2) : Après une décroissance rapide aux faibles densités de courant, il existe une gamme quasi linéaire aux moyennes densités de courant, dans laquelle la résistance ohmique de l'électrolyte et la vitesse de réaction limitée dominer. A des densités de courant élevées (> 800mA / cm 2) la tension de la cellule chute en raison de la Inhibition de la diffusion Complètement éteint : une quantité suffisante de réactifs ne peut plus être introduite et les produits de réaction peuvent être éliminés.

L'efficacité des piles à combustible liée à l'utilisation de l'énergie primaire est nettement supérieure à celle de la production d'électricité par cogénération dans les centrales thermiques ou nucléaires. Les piles à combustible peuvent jouer un rôle important en tant que lien entre les formes conventionnelles et renouvelables d'utilisation de l'énergie. La génération d'hydrogène moléculaire grâce à l'énergie solaire (économie solaire de l'hydrogène) est particulièrement intéressante. Un inconvénient majeur de ce procédé, cependant, est le transport ou le stockage en grand volume d'hydrogène gazeux hautement explosif qui est alors nécessaire. Une autre possibilité consiste à convertir catalytiquement le méthane ou le méthanol en hydrogène et CO en utilisant la chaleur résiduelle des piles à combustible à haute température.2 convertir (Réformer), pour le méthanol, par exemple selon l'équation CH3OH + H2O & # 86603H2 + CO2. L'inconvénient de la dépense énergétique supplémentaire est compensé par le fait que le méthanol, sous forme liquide, est nettement plus léger et plus sûr à transporter en raison de sa densité, qui est près de 10 4 fois supérieure à celle du gaz H +, dans des conditions normales est particulièrement avantageux pour une utilisation dans la circulation routière. De plus, le méthanol peut être obtenu efficacement à partir du gaz naturel ou du gaz de houille, et à l'avenir probablement aussi à partir de la biomasse (énergies renouvelables). Au-delà de l'alimentation en carburant, la plus grande difficulté technique est de trouver des matériaux résistants aux températures de fonctionnement parfois très élevées et à la corrosion provoquée par l'oxygène, l'hydrogène et la vapeur d'eau.

Le principe de la pile à combustible a été découvert en 1839 par le physicien anglais W. Grove en même temps que la décomposition thermique de la vapeur d'eau. La découverte de la principe électrodynamique (Production d'énergie électrique avec des générateurs de courant continu ou des générateurs de courant alternatif) par W. v. Siemens a d'abord relégué au second plan la production d'électricité électrochimique. En conséquence, seulement Piles et les accumulateurs importance technique. La pile à combustible n'a été redécouverte que dans les années 60 pour l'alimentation en énergie embarquée dans les engins spatiaux et les sous-marins : la première utilisation a été en 1963, les missions Gemini avec une alimentation à partir de piles à combustible alcalines (AFC), la navette spatiale possède également de telles piles (trois systèmes de pile à combustible indépendants avec 92 kg ou 14 kW chacun). Le "déchet" H2O utilisé pour fournir de l'eau à l'équipage (environ 7 litres / heure). L'efficacité pratique des piles à combustible modernes utilisées dans les voyages spatiaux a été augmentée à plus de 80 %.

Les applications futures de la pile à combustible résident dans l'approvisionnement énergétique durable dans le Économie circulaire solaire-hydrogène, en tant qu'alimentation indépendante du réseau pour Voiture électrique et en taille 223 et Unités de cogénérationoù la chaleur perdue est soit comme Chauffage urbain ou est également utilisé pour produire de l'électricité. [OP]



Pile à combustible 1 : Lorsque l'oxygène et l'hydrogène sont convertis en eau, des électrons sont libérés à l'anode, qui s'écoulent vers la cathode sous forme d'électricité utilisable. Ils sont ramenés avec l'oxygène ionisé.



Pile à combustible 2: Tension aux bornes en fonction de la densité de courant dans une puissante pile à combustible à haute température avec la chute rapide typique à de faibles densités de courant et une évolution presque linéaire à des niveaux plus élevés.

Avis des lecteurs

Si vous avez des commentaires sur le contenu de cet article, vous pouvez en informer la rédaction par e-mail. Nous avons lu votre lettre, mais nous vous demandons de comprendre que nous ne pouvons pas répondre à tout le monde.

Personnel Volume I et II

Silvia Barnert
Dr. Matthias Delbrück
Dr. Glace Reinald
Nathalie Fischer
Walter Greulich (éditeur)
Carsten Heinisch
Sonja Nagel
Dr. Gunnar Radons
MS (optique) Lynn Schilling-Benz
Dr. Joachim Schüller

Christine Weber
Ulrich Kilian

L'abréviation de l'auteur est entre crochets, le nombre entre parenthèses est le numéro du domaine, une liste des domaines se trouve dans l'avant-propos.

Katja Bammel, Berlin [KB2] (A) (13)
Prof. Dr. W. Bauhofer, Hambourg (B) (20, 22)
Sabine Baumann, Heidelberg [SB] (A) (26)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Francfort [HB1] (A, B) (29)
Prof. Dr. Klaus Bethge, Francfort (B) (18)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Angela Burchard, Genève [AB] (A) (20, 22)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Heidelberg [FE] (A) (27 Essai Biophysique)
Dr. Roger Erb, Cassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Dr. Andreas Faulstich, Oberkochen [AF4] (A) (Essai sur l'optique adaptative)
Prof. Dr. Rudolf Feile, Darmstadt (B) (20, 22)
Stephan Fichtner, Dossenheim [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Fribourg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Dossenheim [NF] (A) (32)
Prof. Dr. Klaus Fredenhagen, Hambourg [KF2] (A) (Essai sur la théorie des champs quantiques algébriques)
Thomas Fuhrmann, Heidelberg [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Heidelberg [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22 essais sur les systèmes de traitement de données pour les futures expériences sur les hautes énergies et les ions lourds)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Göttingen [UG] (A) (13)
Prof. Dr. Michael Grodzicki, Salzbourg [MG1] (A, B) (01, 16 essai théorie fonctionnelle de la densité)
Prof. Dr. Hellmut Haberland, Fribourg [HH4] (A) (Essay Cluster Physics)
Dr. Andreas Heilmann, Chemnitz [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Jens Hoerner, Hanovre [JH] (A) (20)
Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Dr. Ulrich Kilian, Hambourg [Royaume-Uni] (A) (19)
Thomas Kluge, Mayence [TK] (A) (20)
Achim Knoll, Strasbourg [AK1] (A) (20)
Andreas Kohlmann, Heidelberg [AK2] (A) (29)
Dr. Barbara Kopff, Heidelberg [BK2] (A) (26)
Dr. Bernd Krause, Karlsruhe [BK1] (A) (19)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Dr. Andreas Markwitz, Dresde [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Bensheim [HM3] (A) (29)
Mathias Mertens, Mayence [MM1] (A) (15)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Warwick, Royaume-Uni [RM1] (A) (23)
Helmut Milde, Dresde [HM1] (A) (09 Essai Acoustique)
Guenter Milde, Dresde [GM1] (A) (12)
Maritha Milde, Dresde [MM2] (A) (12)
Dr. Christopher Monroe, Boulder, USA [CM] (A) (Essai Atom and Ion Traps)
Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33 essai de physique au quotidien)
Dr. Nikolaus Nestlé, Ratisbonne [NN] (A) (05)
Dr. Thomas Otto, Genève [TO] (A) (06 Essai Mécanique analytique)
Prof. Dr. Harry Paul, Berlin [HP] (A) (13)
Cand. Phys. Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Prof. Dr. Ulrich Platt, Heidelberg [UP] (A) (Essai Atmosphère)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexique [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, Munich [RAP] (A) (14 Essai Théorie Générale de la Relativité)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Prof. Dr. Günter Radons, Stuttgart [GR2] (A) (11)
Oliver Rattunde, Fribourg [OR2] (A) (16 essais sur la physique des clusters)
Dr. Karl-Henning Rehren, Göttingen [KHR] (A) (Essai Algebraic Quantum Field Theory)
Ingrid Reiser, Manhattan, États-Unis [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Prof. Dr. Hermann Rietschel, Karlsruhe [HR1] (A, B) (23)
Dr. Peter Oliver Roll, Mayence [OR1] (A, B) (04, 15 distributions d'essais)
Hans-Jörg Rutsch, Heidelberg [HJR] (A) (29)
Dr. Margit Sarstedt, Newcastle upon Tyne, Royaume-Uni [MS2] (A) (25)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Prof. Dr. Arthur Scharmann, Giessen (B) (06, 20)
Dr. Arne Schirrmacher, Munich [AS5] (A) (02)
Christina Schmitt, Fribourg [CS] (A) (16)
Cand. Phys. Jörg Schuler, Karlsruhe [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Mayence [JS2] (A) (10 dissertation mécanique analytique)
Prof. Dr. Heinz-Georg Schuster, Kiel [HGS] (A, B) (11 essai Chaos)
Richard Schwalbach, Mayence [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, Munich [KS] (A, B) (07, 20)
Cornelius Suchy, Bruxelles [CS2] (A) (20)
William J. Thompson, Chapel Hill, États-Unis [JMJ] (A) (Essay Computers in Physics)
Dr. Thomas Volkmann, Cologne [TV] (A) (20)
Dipl.-Géophys. Rolf vom Stein, Cologne [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mayence [PVDH] (A) (17)
Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29 essai atmosphère)
Manfred Weber, Francfort [MW1] (A) (28)
Markus Wenke, Heidelberg [MW3] (A) (15)
Prof. Dr. David Wineland, Boulder, États-Unis [DW] (A) (Essai Atom and Ion Traps)
Dr. Harald Wirth, Saint Genis-Pouilly, F [HW1] (A) (20) Steffen Wolf, Fribourg [SW] (A) (16)
Dr. Michael Zillgitt, Francfort [MZ] (A) (02)
Prof. Dr. Helmut Zimmermann, Iéna [HZ] (A) (32)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)

Dr. Ulrich Kilian (responsable)
Christine Weber

Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin

L'abréviation de l'auteur est entre crochets, le nombre entre parenthèses est le numéro du domaine, une liste des domaines se trouve dans l'avant-propos.

Markus Aspelmeyer, Munich [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
Doz. Hans-Georg Bartel, Berlin [HGB] (A) (02)
Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Francfort [HB1] (A, B) (29)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Ulf Borgeest, Hambourg [UB2] (A) (Essay Quasars)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Karl Eberl, Stuttgart [KE] (A) (essai d'épitaxie par faisceau moléculaire)
Dr. Dietrich Einzel, Garching [DE] (A) (20)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Vienne [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33 essai Phénomènes optiques dans l'atmosphère)
Dr. Christian Eurich, Brême [CE] (A) (Réseaux de neurones d'essai)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Fribourg [TF3] (A) (10, 15 essai théorie de la percolation)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Harald Fuchs, Münster [HF] (A) (Essai de microscopie à sonde à balayage)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hanovre [CF] (A) (07)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
Prof. Dr. Gerd Graßhoff, Berne [GG] (A) (02)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Prof. Dr. Michael Grodzicki, Salzbourg [MG1] (B) (01, 16)
Gunther Hadwich, Munich [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Christoph Heinze, Hambourg [CH3] (A) (29)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Florian Herold, Munich [FH] (A) (20)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Dr. Georg Hoffmann, Gif-sur-Yvette, FR [GH1] (A) (29)
Dr. Gert Jacobi, Hambourg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Dr. Catherine Journet, Stuttgart [CJ] (A) (Essai nanotubes)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen, [JK] (A) (04 Essai Méthodes numériques en physique)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Fribourg [CK] (A) (14, 15 Essai Quantum Gravity)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [Royaume-Uni] (A) (19)
Dr. Uwe Klemradt, Munich [UK1] (A) (20, essai sur les transitions de phase et les phénomènes critiques)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, États-Unis [AK3] (A) (02)
Dr. Berndt Koslowski, Ulm [BK] (A) (Essai de physique des surfaces et des interfaces)
Dr. Bernd Krause, Munich [BK1] (A) (19)
Dr. Jens Kreisel, Grenoble [JK2] (A) (20)
Dr. Gero Kube, Mayence [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdebourg [VL] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, Munich [AL] (A) (20)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, Nouvelle-Zélande [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Prof. Dr. Karl von Meyenn, Munich [KVM] (A) (02)
Dr. Rudi Michalak, Augsbourg [RM1] (A) (23)
Helmut Milde, Dresde [HM1] (A) (09)
Günter Milde, Dresde [GM1] (A) (12)
Marita Milde, Dresde [MM2] (A) (12)
Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33)
Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20 essais sur l'épitaxie par faisceau moléculaire, la physique des surfaces et des interfaces et la microscopie à sonde à balayage)
Dr. Thomas Otto, Genève [À] (A) (06)
Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexique [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, Munich [RAP] (A) (14)
Dr. Andrea Quintel, Stuttgart [AQ] (A) (Essai sur les nanotubes)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15 Essais Informatique Quantique)
Robert Raussendorf, Munich [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, États-Unis [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15 essais sur la mécanique quantique et ses interprétations)
Prof. Dr. Siegmar Roth, Stuttgart [SR] (A) (Essai sur les nanotubes)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Dr. Margit Sarstedt, Louvain, B [MS2] (A) (25)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Michael Schmid, Stuttgart [MS5] (A) (Essai sur les nanotubes)
Dr. Martin Schön, Constance [MS] (A) (14)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mayence [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Paul Steinhardt, Princeton, États-Unis [PS] (A) (essai sur les quasicristaux et les quasi-cellules unitaires)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, Munich [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, Munich [ES1] (A) (22)
Cornelius Suchy, Bruxelles [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, Munich [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Gerald 't Hooft, Utrecht, NL [GT2] (A) (essai renormalisation)
Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Cologne [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Cologne [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mayence [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Dr. Hildegard Wasmuth-Fries, Ludwigshafen [HWF] (A) (26)
Manfred Weber, Francfort [MW1] (A) (28)
Priv.-Doz. Dr. Burghard Weiss, Lübeck [BW2] (A) (02)
Prof. Dr. Klaus Winter, Berlin [KW] (A) (essai sur la physique des neutrinos)
Dr. Achim Wixforth, Munich [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, États-Unis [SO] (A) (16)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23 essai supraconducteurs organiques)
Priv.-Doz. Dr. Jörg Zegenhagen, Stuttgart [JZ3] (A) (21 essais de reconstitutions de surfaces)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, Munich [WZ] (A) (20)

Dr. Ulrich Kilian (responsable)
Christine Weber

Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin

L'abréviation de l'auteur est entre crochets, le nombre entre parenthèses est le numéro du domaine, une liste des domaines se trouve dans l'avant-propos.

Prof. Dr. Klaus Andres, Garching [KA] (A) (10)
Markus Aspelmeyer, Munich [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
Doz. Hans-Georg Bartel, Berlin [HGB] (A) (02)
Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Francfort [HB1] (A, B) (29 Essai Sismologie)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. Tamás S. Biró, Budapest [TB2] (A) (15)
Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Prof. Dr. Martin Dressel, Stuttgart (A) (essai sur les ondes de densité de spin)
Dr. Michael Eckert, Munich [ME] (A) (02)
Dr. Dietrich Einzel, Garching (A) (essai supraconductivité et superfluidité)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Leipzig [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Vienne [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Cassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Fribourg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hanovre [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Francfort [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Essais Symétrie et Vide)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, Munich [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Dr. Sascha Hilgenfeldt, Cambridge, États-Unis (A) (essai sonoluminescence)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Dr. Gert Jacobi, Hambourg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen [JK] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Fribourg [CK] (A) (14, 15)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [Royaume-Uni] (A) (19)
Thomas Kluge, Juliers [TK] (A) (20)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, États-Unis [AK3] (A) (02)
Dr. Bernd Krause, Munich [BK1] (A) (19)
Dr. Gero Kube, Mayence [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdebourg [VL] (A) (04)
Dr. Anton Lerf, Garching [AL1] (A) (23)
Dr. Detlef Lohse, Twente, NL (A) (essai sonoluminescence)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, Munich [AL] (A) (20)
Prof. Dr. Jan Louis, Halle (A) (essai théorie des cordes)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, Nouvelle-Zélande [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Dresde [RM1] (A) (23 essai de physique des basses températures)
Günter Milde, Dresde [GM1] (A) (12)
Helmut Milde, Dresde [HM1] (A) (09)
Marita Milde, Dresde [MM2] (A) (12)
Prof. Dr. Andreas Müller, Trèves [AM2] (A) (33)
Prof. Dr. Karl Otto Münnich, Heidelberg (A) (Essai de physique de l'environnement)
Dr. Nikolaus Nestlé, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20)
Dr. Thomas Otto, Genève [À] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexique [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, Munich [RAP] (A) (14)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15)
Robert Raussendorf, Munich [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, États-Unis [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Prof. Dr. Erhard Scholz, Wuppertal [ES] (A) (02)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14 essai théorie de la relativité restreinte)
Dr. Erwin Schuberth, Garching [ES4] (A) (23)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mayence [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, Munich [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, Munich [ES1] (A) (22)
Dr. Berthold Suchan, Giessen [BS] (A) (Dissertation sur la philosophie des sciences)
Cornelius Suchy, Bruxelles [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, Munich [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Stefan Theisen, Munich (A) (essai théorie des cordes)
Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Cologne [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Cologne [RVS] (A) (29)
Dr. Patrick Voss-de Haan, Mayence [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Manfred Weber, Francfort [MW1] (A) (28)
Dr. Martin Werner, Hambourg [MW] (A) (29)
Dr. Achim Wixforth, Munich [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, États-Unis [SO] (A) (16)
Dr. Stefan L. Wolff, Munich [SW1] (A) (02)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, Munich [WZ] (A) (20)

Articles sur le sujet

Charge.

Pile à combustible

Pile à combustible, un électrochimique. Source d'énergie, qui se caractérise par le fait que les composants de réaction sont alimentés séparément et en continu vers les deux électrodes poreuses inertes correspondantes. Electrochimie. La mise en œuvre et l'élimination des produits résultants ont également lieu en continu. Tant que des composants de réaction sont ajoutés, B. peut théoriquement générer des quantités illimitées d'énergie électrique dans la pratique jusqu'à l'usure des composants. La condition préalable pour que la réaction se déroule dans un B. est que l'oxydation du combustible et la réduction de l'agent oxydant puissent être réalisées sous forme de réactions d'électrode avec la plus grande vitesse possible. Diese Forderung schränkt die Anzahl der für den Einsatz in B. geeigneten Brennstoffe und Oxidationsmittel erheblich ein. Mögliche Brennstoffe sind z. B. Wasserstoff, Formaldehyd, Ammoniak, Erdgas und Methan, außerdem auch Flüssigkeiten wie Hydrazin, Methanol oder Ethanol. Als Oxidationsmittel kommen praktisch nur Sauerstoff oder Luft in Betracht. Vorrangige Bedeutung haben Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel. Die auf der Basis dieser Reaktanten arbeitende Wasserstoff-Sauerstoff-B. wurde technisch vervollkommnet und wird z. B. in der Raumfahrt als Stromquelle angewandt. Die Zellenreaktion in der Wasserstoff-Sauerstoff-B. ist die stark exotherme Umsetzung des Wasserstoffs mit Sauerstoff zu Wasser. Sie ergibt sich als Summe der Elektrodenreaktionen für die anodische Oxidation des Wasserstoffs und die kathodische Reduktion des Sauerstoffs. Im sauren Medium gelten dafür die Gleichungen:



Diese Gleichungen kennzeichnen nur den Bruttoumsatz. Von entscheidender Bedeutung ist dabei die Anwesenheit eines geeigneten Katalysators, beispielsweise Platin, Palladium, Nickel oder Metallkomplexe.

Je nach Elektrolyt und Betriebstemperatur unterscheidet man alkalische, Phosphorsäure-B., B. mit Membranen sowie Hochtemperatur-B. mit Feststoffelektrolyten.


Weitere Forschungsprojekte am Forschungszentrum Jülich

CLaMS: Atmosphärenmodelle für die Klimaforschung

Das Verständnis der chemischen Prozesse in der Atmosphäre bildet die Grundlage für zahlreiche Klimamodelle. Umweltforscher des Forschungszentrum Jülich untersuchen die Chemie der Atmosphäre mit Flugzeugen, Ballons und Satelliten und erstellen daraus chemische Modelle wie CLaMS, die in Simulationen auf Supercomputern zum Einsatz kommen.

MEM-BRAIN: Kohlendioxidabtrennung

Mit seinem Forschungspartnern entwickelt das Forschungszentrum Jülich keramische Membranen. Sie könnten in Kraftwerken als Filter eingesetzt werden, um Prozessgase zu trennen und auch Kohlendioxid effektiv zurückhalten.

UNICORE: einfacher Zugriff auf Computerleistung

Rechen- und Speicherresourcen sind heutzutage oftmals auf mehreren Computersystemen, Rechenzentren oder sogar Ländern verteilt. Industrie und Wissenschaft benötigen also Werkzeuge für den einfachen und sicheren Zugriff auf diese Ressourcen. UNICORE aus Jülich ist ein solches Grid-basiertes Werkzeugpaket.


Chemie im Motor: Verbrennungsmotoren versus Brennstoffzelle und Elektromotor

Dieser Übersichtsartikel spannt einen Bogen von den Grundlagen der Flammenchemie bis zur Verbrennung im Motor. Es werden Aspekte der Radikalchemie, Schadstoffbildung und Verbrennung beleuchtet sowie gegenwärtige und zukünftige Verbrennungsmotoren vorgestellt. Ein Hauptaugenmerk liegt auf dem Bereich der Schadstoffentstehung- und Minimierung (CO2, CO, NOx, HC und Ruß). Das abschließende Zukunftsszenario skizziert die Rolle des modernen Verbrennungsmotors neben Brennstoffzelle und Elektromotor.

Abstract

This article draws a bow from the fundamentals of the flame chemistry to combustion in engines. Aspects of radical chemistry, pollutant formation and combustion are highlighted. Concepts of current and future internal combustion engines are presented. A main focus lies on pollutant formation and reduction (CO2, CO, NOx, HC and soot). Finally, a vision of the future role of the internal combustion engine with respect to fuel cell and electrical engine is outlined.


In einer Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffzelle wird die bei der stark exotherm ablaufenden Oxidation freiwerdende Energie genutzt:

Eine beispielhafte Brennstoffzelle ist die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC), bei welcher Wasserstoff an der Anode katalytisch zu Protonen oxidiert wird, und Elektronen abgegeben werden. Über die Ionen-Membran gelangen die Protonen zur Kammer der Kathode. Die Elektronen hingegen gelangen über einen elektrischen Leiter und schließlich einen elektrischen Verbraucher zur Kathode, wo sie mit den ankommenden Protonen und zugeführtem Luftsauerstoff wieder zu Wasser reagieren (siehe Reaktion oben). Da die Membran in diesem Fall nur für Protonen durchlässig ist, spricht man von einem sauren Elektolyten.

Chemische Reaktionen der Brennstoffzelle (Redoxreaktionen)

Brennstoffzelle mit saurem Elektrolyten

Anode: Minuspol: 2 H2 (g) + 4 H2O(l) ----> 4 H3O + (aq) + 4e - U=-0,87V

Kathode: Pluspol: O2 (g) + 4 H3O + (aq) + 4e - ----> 6 H2O (l) U=0,36V

Gesamtreaktion: 2 H2 (g) + O2 (g) ----> 2 H2O (l) U=1,23V

Brennstoffzelle mit basischem Elektrolyten

Gleiches gilt für einen basischen Elektrolyten, welche aber mit hochreinem Sauerstoff und Wasserstoff arbeiten:

Anode: Minuspol: 2 H2 (g) + 4 OH - (aq) ----> 4 H2O (aq) + 4e - U=-0,87V

Kathode: Pluspol: O2 (g) + H2O (aq) + 4e - ----> 4 OH - (aq) U=0,36V

Gesamtreaktion: 2 H2 (g) + O2 (g) ----> 2 H2O (l) U=1,23V

Aus den Redoxreaktionen ergibt sich eine theoretische Spannung von 1,23 V, welche bei Standardbedingungen (25°C) erreicht werden könnte. Im Betrieb werden meist jedoch nur Spannungen von 0,5 V bis 1 V erreicht. Dabei ist die erzeugte Spannung von der Temperatur und der Qualität der Zelle abhängig. Um größere Spannungen zu erzeugen, werden oft mehrere Zellen zu einem "stack" in Reihe geschaltet.


Im Jahr 1800 schickte Alessandro Volta einen Brief mit einem Bericht über seine Voltasche Säule nach London. Diese erste moderne Batterie war daraufhin der Ausgangspunkt einer lebhaften Forschungstätigkeit, die zu verbesserten Batterien führte, aber auch zur Entdeckung der Elektrolyse. Schon 1800 entdeckten William Cruickshank, William Nicholson und Anthony Carlisle die Wasserelektrolyse, die Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff.

William Robert Grove beschäftigte sich 1838 intensiv mit der Optimierung herkömmlicher Batterien. [1] [2] Dabei entdeckte er auch eine Zelle mit amalgamierter Zinkelektrode einerseits und einer Platinelektrode in Salpetersäure andererseits, die eine Spannung von fast 2 V lieferte und daher zeitgenössischen Zellen überlegen war. [3] Durch seine späteren Arbeiten gilt er im Allgemeinen als Erfinder der Brennstoffzelle. [4]

Als Erster trug jedoch Christian Friedrich Schönbein zur Entdeckung bei und beschrieb das erste Experiment, bei dem eine Spannung zwischen zwei Elektroden in wässriger Lösung festgestellt wurde, die mit Wasserstoff und Sauerstoff benetzt waren. [4] Im Dezember 1838 beschrieb er in seiner Veröffentlichung, dass Platinelektroden in Schwefelsäure entgegengesetzt aufgeladen werden, je nachdem, ob Wasserstoff oder Sauerstoff (oder Chlor) anwesend sind. [5] [6] Damit hatte er das Prinzip der Brennstoffzelle gefunden.

Daraufhin baute auch William Robert Grove eine entsprechende Spannungsquelle. Wie er im Januar 1839 berichtet, konnte er Wasserstoff und Sauerstoff an Elektroden aus Platindrähten umsetzen und so durch Umkehrung der Wasserelektrolyse eine elektrische Spannung erhalten. [2] Danach verband er solche Zellen zu einer Batterie, die er „Gasbatterie“ nannte – der Begriff Brennstoffzelle existierte damals noch nicht. 1842/1843 stellte er verbesserte Zellen vor, die platinierte Platinfolienstreifen enthielten und durch die vergrößerte und katalytisch aktive Oberfläche stärker waren als solche mit glatten Elektroden. [7]

1874 bestätigte Grove die Beobachtung Schönbeins, dass die „Gasbatterie“ nicht nur mit Wasserstoff und Sauerstoff funktioniert. Er berichtete, dass die Kombination Wasserstoff-Chlor eine sehr starke Brennstoffzelle ergab. [8] Statt Wasserstoff konnte er auch mit Ethen einen schwachen Effekt erhalten. [8]

1889 entwickelten die Chemiker Carl (Charles) Langer und Ludwig Mond eine verbesserte Konstruktion. Sie verwendeten als Brenngas ein aus Kohle, Luft und Wasser hergestelltes wasserstoffhaltiges Gemisch, das Mondgas, und prägten auch den Begriff „Brennstoffzelle“.

Der Physikochemiker Wilhelm Ostwald berichtete 1894, dass Brennstoffzellen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren nicht dem beschränkten Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen unterliegen. Er sah die Elektrochemie daher als den Weg zu effizienten Energieumwandlung. [9] [10] Ostwald hatte auch ausdrücklich Kohle als Brennstoff vorgeschlagen, woraufhin Forscher und Erfinder versuchten, das Konzept umzusetzen. So meldete der US-amerikanische Erfinder William W. Jacques 1896 eine Kohlenstoff-Brennstoffzelle zum Patent an. [11] Sie brachte aber nicht den erhofften Erfolg: Der vom Erfinder angegebene Wirkungsgrad von 82 % soll nach Berechnungen seiner Kritiker nur 8 % betragen haben. [12]

Für eine verbesserte Umsetzung von Wasserstoffs beschrieb Alfred Schmid (1899–1968) 1923 und 1924 in wenig beachteten [13] Arbeiten eine Gasdiffusionselektrode mit großer innerer Oberfläche, die sehr starke Ströme lieferte. [14] [15]

Walther Nernst hatte im Jahr 1897 ein Patent auf die Nernstlampe erhalten. 1900 wurde diese auf den Markt gebracht, wodurch die Eignung fester Elektrolyte für technische Anwendungen gezeigt war. Darauf aufbauend konstruierten und testeten Emil Baur, William Treadwell (Patente 1919 [16] bzw. 1920 [17] ) und Hans Preis erste Brennstoffzellen mit Festelektrolyt, die bei Temperaturen bis zu 1000 °C zu betreiben waren. [18] O. K. Davtyan entwickelte in den 1940er Jahren in Moskau Festelektrolyte und entsprechende Zellen weiter. Er veröffentlichte 1947 das erste Buch über Brennstoffzellen. [19]

Der englische Ingenieur Francis Bacon (1904–1992) arbeitete seit dem Ende der 1930er Jahre an Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen mit alkalischem Elektrolyten. Ab 1940 arbeitete er im King’s College in Cambridge. Er entwickelte die ersten praktisch verwendbaren Systeme, für die er eine Anwendung in Unterseebooten vorschlug. Er erhielt auch entsprechende Unterstützung von staatlichen Stellen.

1959, nachdem er über zwei Jahrzehnte hinweg Entwicklungsarbeit geleistet hatte, stellte Francis Bacon ein System mit einer Leistung von bis zu 5 kW vor. Er konnte damit zeigen, dass eine Kombination aus Drucktanks und Brennstoffzellen einer Batterie überlegen war, wenn über längere Zeit eine beträchtliche elektrische Leistung erbracht werden musste. Im selben Jahr wurde auch das erste Brennstoffzellenfahrzeug, der Allis-Chalmers-Brennstoffzellentraktor, vorgestellt. 1961 wurde eine Zelle mit einer flüssigen Lösung von Methanol als Brennstoff und einer Wasserstoffperoxidlösung als Oxidans beschrieben, die eine Leistung von 600 Watt liefern konnte. [20] Eine weitere damals entwickelte Zelle für Flüssigbrennstoffe konnte mit Ethylenglycol betrieben werden, das für die technische Anwendung damals jedoch zu teuer war. [21]

1966 präsentierte General Motors das erste Brennstoffzellenauto, den Electrovan, der aber Demonstrationsobjekt blieb.

Während der Ölpreiskrise von 1973 war die Nachfrage nach alternativen Kraftstoffen sehr groß. Auch die immer schärfer werdenden Emissionsgesetze, vor allem in Kalifornien, sorgten dafür, dass der Elektroantrieb als Alternative immer mehr an Popularität gewann. Diese hatten zwar einige Vorteile gegenüber den fossilen Brennstoffen, hauptsächlich durch die effiziente, leise und abgasfreie Arbeit, waren aber was Gewicht, Preis, Ladezeit und Reichweite anging, noch im Nachteil. Diesen zu Trotz brachten einige Automobilhersteller damals batteriebetriebene Autos auf den Markt.

Anfang der neunziger Jahre kam dann die Brennstoffzelle als Alternative in Erwägung, obwohl diese zu der Zeit hauptsächlich in der Raumfahrt als effizient arbeitende Energiequelle zum Einsatz kam und noch nicht für den Betrieb eines herkömmlichen Autos geeignet war. Forscher von Daimler taten sich jedoch mit Ballard Power Systems zusammen und entwickelten ein fahrzeugtaugliches Brennstoffzellen-System. Das Ergebnis der Zusammenarbeit wurde 1994 präsentiert. [22]

Insgesamt war man sich der Vorteile der Vermeidung schädlicher Abgase und Geräuschpegel bereits bewusst, die hohen Kosten für die Bereitstellung von Wasserstoff und der Mangel praktikabler Alternativen verhinderten jedoch eine forcierte Entwicklung zur kommerziellen Nutzung. Zudem waren die benötigten Batteriemassen noch unrealistisch groß: Mit dem System Bacon hätte ein denkbarer Brennstoffzellen-Stadtbus eine Batterie von etwa 14 Tonnen Gewicht benötigt, auch die Lebensdauer damaliger Anlagen war noch sehr begrenzt. Im Jahr 1962 wurde der Justi-Motor als am aussichtsreichsten für die Anwendung in Straßenfahrzeugen eingeschätzt, dessen Batteriemasse für einen Stadtbus immerhin nur noch 5 Tonnen betragen hätte. Als ein weiteres perspektivreiches Prinzip für Straßenfahrzeuge wurde die Niedrach-Brennstoffzelle genannt [23] , die später nicht nur in der Raumfahrt, sondern auch bei heutigen Straßenfahrzeugen Anwendung finden sollte. Weitere Brennstoffzellen-Systeme wurden zu dieser Zeit unter anderem von Kordesch entwickelt.

Anwendung in der Raumfahrt Bearbeiten

Für das US-amerikanische Weltraumfahrtprogramm wurden mehrere Generationen Brennstoffzellen entwickelt und eingesetzt: im Gemini-Programm ein 1,0-kW-System und im Mondfahrtprojekt (Apollo-Programm) ein 1,5-kW-System. [24] Ein wichtiger Vorteil der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle war dabei, dass die Zelle auch Trinkwasser für die Besatzungen lieferte. [24] Das angewendete System der bemannten Gemini-Erdumrundungen basierte auf dem Prinzip der Polymerelektrolytbrennstoffzelle, das unter Mitwirkung von Leonard Niedrach von General Electric entwickelt wurde. Die Polymerelektrolyte bestanden aus festen Ionenaustauscherharzen aus sulfonierten Polystyrol. [24] Die Anlagen des Apollo-Mondfahrtprogramms lieferte Pratt und Whitney. Das Gesamtsystem wog 810 kg und enthielt 31 in Reihe geschaltete Einzelzellen, die bis zu 500 kWh lieferten. Es waren alkalische Zellen, die 75%ige Kalilauge enthielten und die bei über 200 °C betrieben wurden. [24] Das Space Shuttle enthielt drei Einheiten, von denen jede knapp über hundert Kilo wiegt. Zusammen leisten sie durchschnittlich 7 kW und maximal 12 kW. [24] Die praktische Anwendung der Brennstoffzelle in der Raumfahrt war aufgrund der Bereitstellung außergewöhnlich hoher Fördermittel möglich, jedoch noch weit von Wirtschaftlichkeit entfernt und deshalb zunächst nicht allgemein übertragbar.

Auf dem Weg zum praktikablen Brennstoffzellen-Straßenfahrzeug Bearbeiten

Das 1979 gegründete kanadische Unternehmen Ballard Power Systems forschte seit 1983 an Brennstoffzellen, zunächst unterstützt vom kanadischen Verteidigungsministerium. [25] Bis 1986 wurde ein leistungsstarker Zellstapel mit zwölf Zellen gebaut. 1993 wurde ein erster Demonstrations-Brennstoffzellenbus fertiggestellt. [25] Ebenfalls 1993 unterzeichneten Daimler-Benz und Ballard einen Vertrag zur Entwicklung von Straßenfahrzeugen. Daraufhin stellte Daimler 1994 den NECAR 1 vor (New Electric Car), der auf dem Transporter Mercedes-Benz MB 100 basierte.


Video: Pääkaupunkiseudun suurin putkiremontti etenee aikataulussa. (Juillet 2022).


Commentaires:

  1. Vizragore

    There, in many places it is written in Russian!

  2. Grokora

    It seems to me that this has already been discussed.



Écrire un message