Die Technologie der Brennstoffzelle schreitet in Richtung einer nachhaltigen Energiezukunft voran

Stellen Sie sich eine Energielösung vor, die effizient Strom erzeugt und gleichzeitig nahezu Null Emissionen erzeugt.Umwandlung der chemischen Energie von Wasserstoff oder anderen Brennstoffen direkt in StromBei der Verwendung von Wasserstoff sind die einzigen Nebenprodukte Strom, Wasser und Wärme.Aber was genau macht diese Technologie vielversprechend, und welche Hindernisse müssen überwunden werden?

Brennstoffzellen finden Anwendungen in mehreren Sektoren, darunter Verkehr, Industrie-/Gewerbe-/Wohngebäude und reversible Systeme zur langfristigen Energiespeicherung im Netz:

• Transportmittel:Brennstoffzellfahrzeuge (FCV) sind eine praktikable Alternative zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren.vor allem für schwere Nutzfahrzeuge, bei denen eine große Reichweite und ein schnelles Betanken erhebliche Vorteile bieten.
• Stehende Stromerzeugung:Diese Systeme können Strom und Wärme für Gebäude liefern, wodurch die Energieeffizienz verbessert und gleichzeitig die Abhängigkeit von großen Stromnetzen verringert wird.
• Trägerstrom:Brennstoffzellen versorgen elektronische Geräte wie Laptops und Drohnen mit Strom und bieten eine längere Betriebszeit im Vergleich zu herkömmlichen Batterien.
• Energiespeicher:Reversible Brennstoffzellen-Systeme können Energie durch Wasserelektrolyse speichern und Wasserstoff wieder in Strom umwandeln, wenn nötig, um den Strombedarf auszugleichen.

Brennstoffzellen bieten im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungstechnologien deutliche Vorteile:

• Höhere Effizienz:Die direkte Umwandlung chemischer Energie in Elektrizität ermöglicht einen Wirkungsgrad von über 60%, der deutlich höher ist als bei Verbrennungsmotoren.
• Mindestemissionen:Wasserstoffbrennstoffzellen erzeugen nur Wasserdampf, was die Emission von Kohlendioxid beseitigt und zur Bekämpfung des Klimawandels beiträgt.Sie vermeiden auch die Freisetzung von schädlichen Luftverschmutzungen wie Stickstoffoxiden und Feinstaub..
• Ruhiger Auftritt:Da die Brennstoffzellen nur wenige bewegliche Teile haben, funktionieren sie nahezu leise und sind somit ideal für geräuschempfindliche Umgebungen wie Krankenhäuser und Wohngebiete geeignet.

Die Brennstoffzellen funktionieren ähnlich wie Batterien, benötigen jedoch kein Aufladen und erzeugen kontinuierlich Strom, wenn sie mit Brennstoff versorgt werden.Eine typische Einheit besteht aus zwei Elektroden (Anode und Kathode), die durch einen Elektrolyt getrennt werden:

1. Wasserstoffbrennstoff gelangt in die Anode, während Sauerstoff (aus der Luft) zur Kathode fließt.
2. Am Anode spaltet ein Katalysator Wasserstoffmoleküle in Protonen und Elektronen.
3. Elektronen reisen durch einen externen Stromkreis und erzeugen elektrischen Strom.
4. Protonen wandern durch den Elektrolyt zur Kathode.
5. An der Kathode bilden Protonen, Elektronen und Sauerstoff Wasser und Wärme.

Forschungsinstitutionen weltweit konzentrieren sich auf die Bewältigung von drei kritischen Herausforderungen für die Einführung von Brennstoffzellen:

Zu den wichtigsten Strategien gehören die Entwicklung kostengünstiger Stapelkomponenten, die Optimierung der Herstellungsprozesse und die Verringerung der Abhängigkeit von teuren Platinkatalysatoren durch:

• Verbesserte Katalysatornutzung und alternative Materialien
• Fortgeschrittene Fertigungstechniken für die Massenproduktion
• Innovative Membran- und Elektrodenmaterialien

Die Forscher zielen darauf ab,

• Leistungsdichte zur Verringerung von Systemgröße und -gewicht
• Energieeffizienz zur Minimierung des Kraftstoffverbrauchs
• Reaktionsgeschwindigkeit bei dynamischen Belastungsbedingungen

Ziellebensdauer variiert je nach Anwendung:

• 8,000 Stunden für leichte Nutzfahrzeuge
• 30,000 Stunden für schwere Lkw
• 80,000 Stunden für stationäre Antriebssysteme

Zu den Herausforderungen bei der Haltbarkeit gehören die Verringerung von Korrosion, Katalysatorvergiftung und mechanische Belastungen durch Betriebsbedingungen.

Mit fortschreitenden technischen Fortschritten und sinkenden Kosten werden Brennstoffzellen eine immer wichtigere Rolle in globalen Energiesystemen spielen.die effiziente Stromversorgung für verschiedene Anwendungen macht sie zu einem wichtigen Bestandteil des Übergangs zu nachhaltigen Energielösungen.