Kémia

Benzintank

Benzintank


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.

Szakterület - Elektrokémia

(fűtőelem is). A galvánelem speciális változata, amelyben az üzemanyag elektrokémiai oxidációja a kémiai energiát elektromos energiává alakítja.

Gázokat, például hidrogént használnak üzemanyagként,H2vagy szén-monoxid, C.Ovagy kis molekulatömegű szerves vegyületek, például metán, metanol, formaldehid vagy glikol. Oxidálószerként általában oxigént (levegőt) használnak.

Az üzemanyagcella fő alkotóelemei az anód, amelyen az üzemanyag áramlik, a katód, amelyre az oxidálószert táplálják, és egy ionvezető elektrolit, amely elválasztja a két elektródteret egymástól. Hidrogén-oxigén cella esetén az elektrokémiai égés az egyenlet szerint megy végbe, melynek során az oxigén a katódon redukálódik, a hidrogén pedig az anódon oxidálódik:

2H2+O22H2O

Az üzemanyagcella kiviteli változatától (üzemanyag, elektrolit összetétele) függően a lezajló folyamatok a keletkező égéstermékek és/vagy az elektronok által továbbított ionok típusában különböznek. Mindeközben számos fajta magas és alacsony hőmérsékletű cella létezik, amelyek mobil és helyhez kötötten is üzemeltethetők, az új típusú cellák építése mellett az üzemanyagcellás technológia továbbfejlesztésében a speciális műszaki kihívások közé tartozik a a gáznemű tüzelőanyagok jobb tárolási lehetőségei.

Tanulási egységek, amelyekben a kifejezéssel foglalkoznak

Hidrogén45 perc.

KémiaSzervetlen kémiaAz elemek kémiája

Ez a tanulási egység áttekintést ad a hidrogén elemről, beleértve az elem tulajdonságait, reakció viselkedését, detektálását, előfordulását, extrakcióját és felhasználását, valamint a kiválasztott vegyületeket.

Kísérlet a PEM üzemanyagcella hatékonyságáról90 perc

KémiaÁltalános kémiaElektrokémia

Összefüggés állapítható meg az elméletileg elfogyasztott gáz mennyisége és a ténylegesen megtermelt villamos energia között. Ebben a kísérletben az üzemanyagcella hatásfokát a ténylegesen elfogyasztott gázmennyiségből számítjuk ki az elméletileg számított gázmennyiséghez viszonyítva.

Elektrokémiai áramforrások45 perc.

KémiaÁltalános kémiaElektrokémia

Bemutatjuk a különféle elektrokémiai áramforrások felépítését és működését.

Bioüzemanyag cellák30 perc.

BiokémiaKémiai alapismeretekÁltalános kémiai alapelvek

Ismerteti az energiatermelésre szolgáló bioüzemanyag cellák felépítését és működési módját.

A PEM üzemanyagcella teljesítménygörbéje90 perc

KémiaÁltalános kémiaElektrokémia

Az üzemanyagcella oxigénből és hidrogénből villamos energiát és hőt termel. Ebben a kísérletben egy üzemanyagcella maximális teljesítményét határozzuk meg.

Kísérlet a PEM üzemanyagcella hatékonyságáról90 perc

KémiaÁltalános kémiaElektrokémia

Összefüggés állapítható meg az elméletileg elfogyasztott gáz mennyisége és a ténylegesen megtermelt villamos energia között. Ebben a kísérletben az üzemanyagcella hatásfokát a ténylegesen elfogyasztott gázmennyiségből számítjuk ki az elméletileg számított gázmennyiséghez viszonyítva.

Közvetlen metanol üzemanyagcellás teljesítmény90 perc

KémiaÁltalános kémiaElektrokémia

A közvetlen metanol üzemanyagcella kimeneti teljesítménye a csatlakoztatott terhelési ellenállástól függ. Ebben a kísérletben megtudhatja, hogyan kell meghatározni a megfelelő ellenállást az optimális teljesítmény elérése érdekében.

Kísérlet a közvetlen metanol üzemanyagcella teljesítményére vonatkozóan90 perc

KémiaÁltalános kémiaElektrokémia

A közvetlen metanol üzemanyagcella kimeneti teljesítménye a csatlakoztatott terhelési ellenállástól függ. Ebben a kísérletben megtanulja, hogyan kell meghatározni a megfelelő ellenállást az optimális teljesítmény elérése érdekében

Kísérlet egy üzemanyagcella teljesítményére90 perc

KémiaÁltalános kémiaElektrokémia

Az üzemanyagcellák a kémiai energiát (oxigénből és hidrogénből) elektromos energiává (villamos energiává) alakítják át. Az üzemanyagcella áram-feszültség karakterisztikája azt a feszültséget mutatja, amelynél az áramáramlás maximális. A teljesítménygörbe azt az ellenállást mutatja, amelynél az üzemanyagcella maximális teljesítményt nyújt. Ebben a kísérletben meghatározzuk az üzemanyagcella maximális teljesítményét.

Kompakt bioüzemanyag cellák15 perc.

BiokémiaKémiai alapismeretekÁltalános kémiai alapelvek

Ebben a bevezető, kompakt tanulási egységben az energiatermelésre szolgáló bioüzemanyag cellák felépítését és működési módját ismertetjük.

Üzemanyagcella típusok30 perc.

KémiaFizikai kémiaElektrokémia

Ebben a tanegységben a különböző üzemanyagcella típusok szerkezetét és tulajdonságait, elektród reakcióit, valamint előnyeit és hátrányait soroljuk fel. [2011 szeptemberétől]

Üzemanyagcellák – funkciók és alkalmazások45 perc.

KémiaFizikai kémiaElektrokémia

Az első üzemanyagcellát körülbelül 170 évvel ezelőtt fejlesztették ki galvánelemként, amely hidrogénből és oxigénből villamos energiát termel. Az alacsony zajszintű és hatékony egységek eddig az űrtechnológiában és néhány katonai alkalmazásban rést jelentettek. Az éghajlatváltozás és a fosszilis tüzelőanyagok árának emelkedése miatt azonban ezek újra felértékelődnek. Ez a tanulási egység elmagyarázza az üzemanyagcellák alapvető felépítését és működését. [2011 márciusi állapot szerint]


Szén üzemanyagcella

az Szén üzemanyagcella (angol. Közvetlen szén-üzemanyag cella (DCFC)) egy üzemanyagcella, amely a szén és az oxigén közvetlen CO-dá alakulásának elvén működik2 elektromos energia felszabadításával működik. Az elrendezés lehetővé teszi a kémiai energia elektromos energiává történő átalakítását, miközben elkerüli a nagy veszteségű átalakítási szakaszokat, ahogy az a hagyományos széntüzelésű erőművekben történik.

Az amerikai William W. Jacques már 1897-ben kanadai szabadalmat kapott egy ilyen üzemanyagcellára.


Az alapelv felfedezése

WILLIAM GROVE (1811-1896) angol csillagász és fizikus már 1839-ben a laboratóriumban bemutatta az üzemanyagcella alapvető működési módját: Az elektrolitikusan előállított hidrogént és oxigént a platinából készült elektródákra táplálják. Egyrészt víz keletkezik, másrészt az elektródák között feszültség keletkezik, ami áramhoz vezet.
Az erős elektromos forrás kifejlesztése azonban olyan nehéznek bizonyult, hogy ezt az elképzelést nem folytatták tovább. Emellett az elektrodinamikai elv 1866-os felfedezésével WERNER VON SIEMENS (1816-1892) által lehetővé vált olyan dinamógépek megalkotása, amelyekkel elegendő mennyiségű elektromos energia állítható elő.


Modern üzemanyagcellák

Az 1930-as években brit és orosz tudósok előkészítő munkája után az üzemanyagcella a második világháború után egyre inkább a kutatás fókuszába került. Ennek oka egyrészt az anyagtudomány és az elektrokémia fejlődése volt, amely hatékonyabb és tartósabb cellákat tett lehetővé. Másrészt a hidegháború idején, a „Race to the Moon” (1961-1969) és az USA és a Szovjetunió közötti fegyverkezési verseny idején hosszú üzemidejű áramforrásokat kerestek, pl. rakéták, műholdak vagy tengeralattjárók. Az üzemanyagcellák első gyakorlati alkalmazása az amerikai Gemini űrmissziók tápellátása volt 1963-tól. Szintén az Apollo program rakétái, amelyekkel 1969-ben repültek először a Holdra, valamint a Űrrepülőgép üzemanyagcellákkal voltak felszerelve.
Az 1970-es évek folyamán az antropogén, ember alkotta Üvegházhatás egyre inkább a köztudatban. Azóta egyre több kutatás folyik az általános energiaellátásra és a járművek meghajtására szolgáló üzemanyagcellák fejlesztésére is.A hidrogénnel és oxigénnel üzemeltetett üzemanyagcellák kipufogógázként csak vizet vagy vízgőzt termelnek. Azt azonban még nem sikerült véglegesen tisztázni, hogy a nagy mennyiségű felszabaduló hidrogén milyen hatással lenne a Föld ózonrétegére.
Ma már azon dolgozunk, hogy elektromos autók energiaszolgáltatójaként, sőt erőművekben is felhasználhassuk őket. Számos tüzelőanyagcellás hajtású autó prototípusa és több kombinált üzemanyagcellás hőerőmű is létezik, amelyek praktikusságát tesztelik.


Benzintank

Benzintank, BZ, Üzemanyag elem, oxihidrogén cella, FC (angolul a & # 252r benzintank), egy galvanikus elem, amelyben az elektróda anyagokat folyamatosan, míg ezeket folyamatosan táplálják be. Elsődleges elemek egyszer és at Másodlagos elemek (Akkumulátor) külön töltési folyamatokkal regenerálható. Üzemi hőmérsékletük szerint az üzemanyagcellákat alacsony hőmérsékletű (100-200 és # 176 C), közepes hőmérsékletű (kb. 100-600 és # 176 C, pl. foszforsavas üzemanyagcellák) és magas hőmérsékletű egységek (> 500 és # 176 C, pl. Oxid kerámia üzemanyagcellák). A táblázat áttekintést ad az üzemanyagcellák legfontosabb típusairól.

Benzintank: Az üzemanyagcellák (FC) típusai.

az Cellafeszültség U0 (nyitott áramköri feszültség) abból a követelményből adódik, hogy a termelt elektromos energia egyenlő & # 916G & # 223-nak kell lennie, azaz.

(n: mozgatott anyajegyek száma, NA.: Avogadro állandó, F.: Faraday állandó). Áramfelvételnél a "gyakorlati" hatásfok, a terhelés alatti kapocsfeszültség aránya elméleti Nyitott áramköri feszültség, kisebb az elméletinél és az áramsűrűségtől függően (2. ábra): Alacsony áramsűrűségeknél gyors csökkenés után közepes áramsűrűségeknél kvázilineáris tartomány van, amelyben az elektrolit ohmos ellenállása és a korlátozott reakciósebesség uralni. Nagy áramsűrűségnél (> 800mA / cm 2) a cella feszültsége csökken a Diffúzió gátlás Teljesen kikapcsolva: Már nem lehet elegendő reakciópartnert bevinni, és a reakciótermékek eltávolíthatók.

Az üzemanyagcellák primerenergia-felhasználáshoz kapcsolódó hatásfoka lényegesen nagyobb, mint a tüzelő- vagy atomerőművekben a kapcsolt hő- és villamosenergia-termelésé. Az üzemanyagcellák fontos szerepet játszhatnak a hagyományos és a megújuló energiafelhasználás közötti kapcsolatként. A molekuláris hidrogén napenergiával történő előállítása (szoláris hidrogén-gazdaság) különösen érdekes. Ennek az eljárásnak azonban nagy hátránya a nagymértékben robbanásveszélyes hidrogéngáz szállítása vagy tárolása, amely ekkor szükséges. Egy másik lehetőség az, hogy a metánt vagy metanolt katalitikusan hidrogénné és CO-vá alakítják a magas hőmérsékletű üzemanyagcellák hulladékhőjének felhasználásával.2 átalakít (Reformálás), metanolra, például a CH egyenlet szerint3OH + H2O & # 86603H2 + CO2. A többlet energiaráfordítás hátrányát felülmúlja, hogy a metanol folyadékként lényegesen könnyebb és biztonságosabban szállítható sűrűsége miatt, amely közel 10 4-szer nagyobb, mint a H + gázé, normál körülmények között különösen közúti forgalomban való használatra előnyös. Emellett földgázból vagy széngázból, illetve a jövőben valószínűleg biomasszából (megújuló energiákból) is hatékonyan nyerhető a metanol. A legnagyobb technikai nehézséget az üzemanyag-ellátáson kívül az olykor igen magas üzemi hőmérsékletnek, valamint az oxigén, hidrogén és vízgőz okozta korróziónak ellenálló anyagok megtalálása jelenti.

Az üzemanyagcella elvét 1839-ben W. Grove angol fizikus fedezte fel a vízgőz termikus bomlásával együtt. A felfedezés a elektrodinamikai elv (Elektromos energia előállítása egyenáramú generátorokkal vagy váltóáramú generátorokkal) W. v. A Siemens kezdetben az elektrokémiai áramtermelést háttérbe szorította. Ennek eredményeként csak Elemek és az akkumulátorok műszaki jelentősége. Az üzemanyagcellát csak a hatvanas években fedezték fel újra űrjárművek és tengeralattjárók fedélzeti tápellátására: Az első használat 1963-ban volt, a Gemini-missziók alkalikus üzemanyagcellás (AFC) tápellátásával, az űrsikló is rendelkezik ilyen cellák (három független üzemanyagcellás rendszer, egyenként 92 kg vagy 14 kW). A „hulladéktermék” H2O a személyzet vízellátására szolgál (kb. 7 liter/óra). Az űrutazásban használt modern üzemanyagcellák gyakorlati hatásfoka 80% fölé emelkedett.

Az üzemanyagcella jövőbeli alkalmazásai a fenntartható energiaellátásban rejlenek Napenergia-hidrogén körkörös gazdaság, hálózatfüggetlen tápegységként a Elektromos autók és 223-as méretben és Kogenerációs egységekahol a hulladékhő vagy mint Távfűtés vagy villamosenergia-termelésre is használják. [OP]



1. üzemanyagcella: Amikor az oxigén és a hidrogén vízzé alakul, az anódon elektronok szabadulnak fel, amelyek aztán felhasználható elektromosságként a katódra áramlanak. Az ionizált oxigénnel visszaszállítják őket.



2. üzemanyagcella: A kapocsfeszültség az áramsűrűség függvényében egy nagy teljesítményű, magas hőmérsékletű üzemanyagcellában, alacsony áramsűrűség esetén jellemző gyors eséssel, magasabb szinteken pedig szinte lineáris lefolyással.

Olvasói vélemény

Ha bármilyen észrevétele van a cikk tartalmával kapcsolatban, azt e-mailben jelezheti a szerkesztőségnek. Levelét elolvastuk, de megértésüket kérjük, mert nem tudunk mindegyikre válaszolni.

Személyzeti I. és II

Silvia Barnert
Dr. Matthias Delbrück
Dr. Reinald fagylalt
Natalie Fischer
Walter Greulich (szerkesztő)
Carsten Heinisch
Sonja Nagel
Dr. Gunnar Radons
MS (Optika) Lynn Schilling-Benz
Dr. Joachim Schüller

Christine Weber
Ulrich Kilian

Szögletes zárójelben a szerző rövidítése, a kerek zárójelben lévő szám a tárgykör száma, a témakörök listája az előszóban található.

Katja Bammel, Berlin [KB2] (A) (13)
Prof. Dr. W. Bauhofer, Hamburg (B) (20, 22)
Sabine Baumann, Heidelberg [SB] (A) (26)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Frankfurt [HB1] (A, B) (29)
Prof. Dr. Klaus Bethge, Frankfurt (B) (18)
Prof. S. Biró Tamás, Budapest [TB2] (A) (15)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Angela Burchard, Genf [AB] (A) (20, 22)
Dr. Matthias Delbrück, Dossenheim [MD] (A) (12, 24, 29)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Lipcse [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Heidelberg [FE] (A) (27. esszé, biofizika)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Dr. Andreas Faulstich, Oberkochen [AF4] (A) (Adaptív optika esszé)
Prof. Dr. Rudolf Feile, Darmstadt (B) (20, 22)
Stephan Fichtner, Dossenheim [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Dossenheim [NF] (A) (32)
Prof. Dr. Klaus Fredenhagen, Hamburg [KF2] (A) (Algebrai kvantumtérelmélet esszé)
Thomas Fuhrmann, Heidelberg [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Heidelberg [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22 esszé adatfeldolgozó rendszer a jövőbeli nagyenergiájú és nehézion-kísérletekhez)
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, Salzburg [MG1] (A, B) (01, 16 esszé sűrűségfunkcionális elmélet)
Prof. Dr. Hellmut Haberland, Freiburg [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, Hannover [JH] (A) (20)
Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Dr. Ulrich Kilian, Hamburg [Egyesült Királyság] (A) (19)
Thomas Kluge, Mainz [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, Drezda [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Bensheim [HM3] (A) (29)
Mathias Mertens, Mainz [MM1] (A) (15)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Warwick, Egyesült Királyság [RM1] (A) (23)
Helmut Milde, Drezda [HM1] (A) (09 Essay Acoustics)
Guenter Milde, Drezda [GM1] (A) (12)
Maritha Milde, Drezda [MM2] (A) (12)
Dr. Christopher Monroe, Boulder, USA [CM] (A) (Atom- és ioncsapdák esszé)
Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33 Essay Everyday Physics)
Dr. Nikolaus Nestle, Regensburg [NN] (A) (05)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06 Essay Analytical Mechanics)
Prof. Dr. Harry Paul, Berlin [HP] (A) (13)
Folypát. Phys. Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Prof. Dr. Ulrich Platt, Heidelberg [FEL] (A) (Esszé atmoszférája)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexikó [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, München [RAP] (A) (14 esszé: Általános relativitáselmélet)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Prof. Dr. Günter Radons, Stuttgart [GR2] (A) (11)
Oliver Rattunde, Freiburg [OR2] (A) (16 esszé klaszterfizika)
Dr. Karl-Henning Rehren, Göttingen [KHR] (A) (Algebrai kvantumtérelmélet esszé)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Lipcse [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Prof. Dr. Hermann Rietschel, Karlsruhe [HR1] (A, B) (23)
Dr. Peter Oliver Roll, Mainz [OR1] (A, B) (04, 15 esszékiosztás)
Hans-Jörg Rutsch, Heidelberg [HJR] (A) (29)
Dr. Margit Sarstedt, Newcastle upon Tyne, Egyesült Királyság [MS2] (A) (25)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Prof. Dr. Arthur Scharmann, Giessen (B) (06, 20)
Dr. Arne Schirrmacher, München [AS5] (A) (02)
Christina Schmitt, Freiburg [CS] (A) (16)
Folypát. Phys. Jörg Schuler, Karlsruhe [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Mainz [JS2] (A) (10 esszé analitikai mechanika)
Prof. Dr. Heinz-Georg Schuster, Kiel [HGS] (A, B) (11 esszé Káosz)
Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, München [KS] (A, B) (07, 20)
Cornelius Suchy, Brüsszel [CS2] (A) (20)
William J. Thompson, Chapel Hill, USA [WYD] (A) (Essay Computers in Physics)
Dr. Thomas Volkmann, Köln [TV] (A) (20)
Dipl.-Geophys. Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29 esszé hangulata)
Manfred Weber, Frankfurt [MW1] (A) (28)
Markus Wenke, Heidelberg [MW3] (A) (15)
Prof. Dr. David Wineland, Boulder, USA [DW] (A) (Atom- és ioncsapdák esszé)
Dr. Harald Wirth, Saint Genis-Pouilly, F [HW1] (A) (20) Steffen Wolf, Freiburg [SW] (A) (16)
Dr. Michael Zillgitt, Frankfurt [MZ] (A) (02)
Prof. Dr. Helmut Zimmermann, Jéna [HZ] (A) (32)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)

Dr. Ulrich Kilian (felelős)
Christine Weber

Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin

Szögletes zárójelben a szerző rövidítése, a kerek zárójelben lévő szám a tárgykör száma, a témakörök listája az előszóban található.

Markus Aspelmeyer, München [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, Frankfurt [HB1] (A, B) (29)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. S. Biró Tamás, Budapest [TB2] (A) (15)
Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Ulf Borgeest, Hamburg [UB2] (A) (Kvazárok esszé)
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) (molekulasugaras epitaxia)
Dr. Dietrich Einzel, Garching [DE] (A) (20)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Lipcse [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Bécs [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33 esszé Optikai jelenségek a légkörben)
Dr. Christian Eurich, Bremen [CE] (A) (Essay Neural Networks)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15 esszé perkolációs elmélet)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Harald Fuchs, Münster [HF] (A) (Esszé pásztázó szonda mikroszkópia)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
Prof. Dr. Gerd Graßhoff, Bern [GG] (A) (02)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Prof. Dr. Michael Grodzicki, Salzburg [MG1] (B) (01, 16)
Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Christoph Heinze, Hamburg [CH3] (A) (29)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Florian Herold, München [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, Hamburg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Dr. Catherine Journet, Stuttgart [CJ] (A) (Esszé nanocsövek)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen, [JK] (A) (04 Esszé Numerical Methods in Physics)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Freiburg [CK] (A) (14, 15 esszé, kvantumgravitáció)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [Egyesült Királyság] (A) (19)
Dr. Uwe Klemradt, München [UK1] (A) (20, esszé fázisátalakulások és kritikai jelenségek)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alekszej Kojevnikov, College Park, USA [AK3] (A) (02)
Dr. Berndt Koslowski, Ulm [BK] (A) (Felület- és interfészfizika esszé)
Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
Dr. Jens Kreisel, Grenoble [JK2] (A) (20)
Dr. Gero Kube, Mainz [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdeburg [VL] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, München [AL] (A) (20)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, NZ [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Prof. Dr. Karl von Meyenn, München [KVM] (A) (02)
Dr. Rudi Michalak, Augsburg [RM1] (A) (23)
Helmut Milde, Drezda [HM1] (A) (09)
Günter Milde, Drezda [GM1] (A) (12)
Marita Milde, Drezda [MM2] (A) (12)
Dr. Andreas Müller, Kiel [AM2] (A) (33)
Dr. Nikolaus Nestle, Lipcse [NN] (A, B) (05, 20 esszék molekuláris nyaláb epitaxia, felület- és interfészfizika és pásztázó szonda mikroszkópia)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexikó [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, München [RAP] (A) (14)
Dr. Andrea Quintel, Stuttgart [AQ] (A) (Esszé nanocsövek)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15 esszé, kvantuminformatika)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Lipcse [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15 esszé a kvantummechanika és értelmezései)
Prof. Dr. Siegmar Roth, Stuttgart [SR] (A) (Nanocsövek esszé)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Dr. Sarstedt Margit, Leuven, B [MS2] (A) (25)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Michael Schmid, Stuttgart [MS5] (A) (Essay nanocsövek)
Dr. Martin Schön, Constance [MS] (A) (14)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Paul Steinhardt, Princeton, USA [PS] (A) (Kvázikristályok és kvázi egységcellák)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, München [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, München [SS1] (A) (22)
Cornelius Suchy, Brüsszel [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, München [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Gerald 't Hooft, Utrecht, NL [GT2] (A) (esszé renormalizálása)
Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Köln [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Dr. Hildegard Wasmuth-Fries, Ludwigshafen [HWF] (A) (26)
Manfred Weber, Frankfurt [MW1] (A) (28)
Priv.-Doz. Dr. Burghard Weiss, Lübeck [BW2] (A) (02)
Prof. Dr. Klaus Winter, Berlin [KW] (A) (neutrínófizika esszé)
Dr. Achim Wixforth, München [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, USA [SW] (A) (16)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23 esszé szerves szupravezetőkről)
Priv.-Doz. Dr. Jörg Zegenhagen, Stuttgart [JZ3] (A) (21 esszé felületrekonstrukciója)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, München [WZ] (A) (20)

Dr. Ulrich Kilian (felelős)
Christine Weber

Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin

Szögletes zárójelben a szerző rövidítése, a kerek zárójelben lévő szám a tárgykör száma, a témakörök listája az előszóban található.

Prof. Dr. Klaus Andres, Garching [KA] (A) (10)
Markus Aspelmeyer, München [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, Frankfurt [HB1] (A, B) (29. Szeizmológia esszé)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
Prof. S. Biró Tamás, 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) (esszé spinsűrűségi hullámok)
Dr. Michael Eckert, München [ME] (A) (02)
Dr. Dietrich Einzel, Garching (A) (szupravezetés és szuperfolyékonyság)
Dr. Wolfgang Eisenberg, Lipcse [WE] (A) (15)
Dr. Frank Eisenhaber, Bécs [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmer [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Essays Symmetry and Vacuum)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, München [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, USA (A) (szonolumineszcencia esszé)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Dr. Gert Jacobi, Hamburg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen [JK] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Freiburg [CK] (A) (14, 15)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [Egyesült Királyság] (A) (19)
Thomas Kluge, Jülich [TK] (A) (20)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alekszej Kojevnikov, College Park, USA [AK3] (A) (02)
Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
Dr. Gero Kube, Mainz [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
Volker Lauff, Magdeburg [VL] (A) (04)
Dr. Anton Lerf, Garching [AL1] (A) (23)
Dr. Detlef Lohse, Twente, NL (A) (szonolumineszcencia esszé)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, München [AL] (A) (20)
Prof. Dr. Jan Louis, Halle (A) (húrelmélet esszé)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, NZ [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Drezda [RM1] (A) (23 esszé alacsony hőmérsékletű fizika)
Günter Milde, Drezda [GM1] (A) (12)
Helmut Milde, Drezda [HM1] (A) (09)
Marita Milde, Drezda [MM2] (A) (12)
Prof. Dr. Andreas Müller, Trier [AM2] (A) (33)
Prof. Dr. Karl Otto Münnich, Heidelberg (A) (Környezetfizika esszé)
Dr. Nikolaus Nestle, Lipcse [NN] (A, B) (05, 20)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexikó [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, München [RAP] (A) (14)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Lipcse [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 esszé speciális relativitáselmélet)
Dr. Erwin Schuberth, Garching [ES4] (A) (23)
Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
Prof. Dr. Klaus Stierstadt, München [KS] (B)
Dr. Siegmund Stintzing, München [SS1] (A) (22)
Dr. Berthold Suchan, Giessen [BS] (A) (Tudományfilozófia esszé)
Cornelius Suchy, Brüsszel [CS2] (A) (20)
Dr. Volker Theileis, München [VT] (A) (20)
Prof. Dr. Stefan Theisen, München (A) (húrelmélet esszé)
Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Köln [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Dr. Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
Manfred Weber, Frankfurt [MW1] (A) (28)
Dr. Martin Werner, Hamburg [MW] (A) (29)
Dr. Achim Wixforth, München [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, USA [SW] (A) (16)
Dr. Stefan L. Wolff, München [SW1] (A) (02)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, München [WZ] (A) (20)

Cikkek a témában

Betöltés.

Benzintank

Benzintank, egy elektrokémiai. Áramforrás, amelyre jellemző, hogy a reakciókomponenseket külön-külön és folyamatosan táplálják a két megfelelő inert, porózus elektródára. Electrochem. Folyamatosan történik a keletkező termékek beépítése és eltávolítása is. Mindaddig, amíg reakciókomponenseket adunk hozzá, a B. elméletileg korlátlan, és gyakorlatilag a komponensek kopásáig képes elektromos energiát termelni. A reakció B.-ben történő lefolytatásának előfeltétele, hogy a tüzelőanyag oxidációja és az oxidálószer redukciója elektród reakcióként a lehető legnagyobb sebességgel valósítható meg. 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.



Hozzászólások:

  1. Marc

    Hiteles üzenet :), szórakoztató...

  2. Salim

    Valami ebben is jó, egyetértek veled.

  3. Dar

    Aftar idióta

  4. Watt

    It really makes me happy.

  5. Macdomhnall

    A good option



Írj egy üzenetet