Messungen an PSI- und Nafion-Membranen zur Bestimmung des ...

3. Einführung in die Methanol-BrennstoffzellentechnikMit ihrem vielversprechenden Image als saubere und effiziente Anwendung in der Energieerzeugung warenBrennstoffzellen in den letzten Jahren häufig in die Schlagzeilen geraten. Während konventionelle Technologiendie Energie aus der Wärme generieren, die bei der Verbrennung des Brennstoffs entsteht, produziert dieBrennstoffzelle elektrische Energie direkt von der elektrochemischen Reaktion der Ausgangsstoffe.Brennstoffzellen bestehen aus einer Anode und einer Kathode mit einem ionenleitenden Elektrolyt dazwischen –die Einzelzelle. Durch Serieschaltung vieler solcher Einzelzellen erreicht man durch Addition eine hoheGesamtspannung. Diese Modularität zusammen mit einem sehr hohen Wirkungsgrad von teilweise über 80%(H 2 O 2 -Brennstoffzellen, PEMFC) machen die Brennstoffzellen zu einem Vorreiter für ökologisch verträglicheEnergieerzeuger.Es gibt mittlerweile viele verschiedene Typen von Brennstoffzellen, die jeweils ihre geeignetenAnwendungsgebiete haben. Sie werden primär unterschieden nach der Art des verwendeten Elektrolyten, dann desverwendeten Brennstoffs, der Reaktionstemperatur und auch der Elektrodentypen. Für eine ausgedehnteBehandlung der verschiedenen Brennstoffzellensysteme sei auf die dazu reichlich vorhandene Literatur verwiesen.Ein spezieller Typ, zu dessen Entwicklung dieses Semesterarbeit beiträgt, ist die „Direct-Methanol-Fuel-CellDMFC“. Diese Art von Brennstoffzelle hat den Vorteil, dass sie direkt Methanol aus natürlichen vorkommendenEnergievorräten elektrochemisch umsetzen kann, ohne dass zuvor eine aufwendige Reformation zum energetischhöherwertigen Wasserstoff notwendig wird.In methanolbetriebenen Brennstoffzellen laufen folgende Teilreaktionen ab:Anode:CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + +6e -Kathode:3 / 2 O 2 + 6H + + 6e - → 3H 2 OGesamtreaktion:3 / 2 O 2 + CH 3 OH → CO 2 + 2H 2 OAbbildung 3.1Diese effiziente Methode war zwar schon lange bekannt, aber ihre Anwendung scheiterte bisweilen an derlangsamen Reaktionskinetik, niedrigen Stromdichten und daran, dass zuviel Methanol von der Anode zur Kathodediffundierte. Mit neueren Elektrolyten in Form von Polymermembranen (perfluorinierte Sulfonsäurenpolymere)wurde die Ausbeute der DMFC’s beträchtlich erhöht. Die Membrane müssen allerdings während dem Betriebvollständig in hydrierter Form vorliegen, was die Betriebsbedingungen von DMFC’s auf Temperaturen von unter100°C bei niedrigen Drucken einschränkt.In dieser Semesterarbeit werden Membrane auf ihr Diffusionsverhalten in Methanol-Brennstoffzellen untersucht,wobei das Experimentelle Setup bei Umgebungstemperaturen und Atmosphärendrucken durchgeführt wurde.3