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Stand des Wissens 7 Funktionsweise Allgemein bildet die Kathode/Elektrolyt/Anode-Verbundstruktur das Grundgerüst der Fest-Elektrolyt-Brennstoffzelle. Dabei spielt jede dieser Komponente eine bestimmte Rolle. So wird z.B. die Anode/Kathode (Elektrode) durch einen gasdichten ionenleitfähigen (Sauerstoff) Zirkonoxid-Elektrolyten (ZrO2) getrennt, um eine Knallgas-Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff zu vermeiden. An der porösen gasdurchlässigen Kathodenseite wird Sauerstoff aus der Luft über die Kathodenschicht transportiert. Es findet dabei eine Reduktion statt (Gl. 2-1). Die entstehenden Sauerstoffionen diffundieren durch den sauerstoffionenleitfähigen Elektrolyten in die Anode. Dort wird Brenngas über eine poröse Anodenschicht eingeleitet und es findet eine spontane Reaktion mit Wasserstoff zu Wasser statt (Gl. 2-2). Die Teilreaktionen für reinen Wasserstoff, reines Kohlenmonoxid oder Methan als Brenngase werden mit der Gleichung 2-3 dargestellt und ist als sog. Wasser-Shift-Reaktion bekannt. Die Elektronen, die bei dieser Reaktion frei gesetzt werden, werden von der Anode über einen äußeren Stromkreis zur Kathode geführt und liefern dabei elektrisch nutzbaren Strom [Min 1993a]; [Min 1991]. Die Abbildung 2-1 demonstriert die grundlegende Funktionsweise einer Brennstoffzelle. Gl. 2-1. Gl. 2-2. Gl. 2-3. Kathode (Reduktion) ½ O2 + 2 e - → O 2- Anode (Oxidation) H2 → 2 H + + 2 e - O 2- + 2 H + → H2O Wasser-Shift-Retion H2 + O 2- → H2O + 2 e - CO + O 2- → CO2 + 2 e- Gesamtzellreaktion H2 + ½ O2 → H2O

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