Brennstoffzellen
Kurs für Schülergruppen

Experimente

• Einfache Wasserstoff-Brennstoffzelle
• Methanol-Brennstoffzelle als Direkt-Sauerstoffzelle
• Brennstoffzellen mit Wasserstoffperoxid
• PEM (Proton Exchange Membrane)-Brennstoffzellen

Im Zusammenhang mit der Energiewende in Deutschland beschäftigen sich zahlreiche Wissenschaftler mit der Erforschung und Optimierung von Energiespeichern. Eine Möglichkeit Energie zu speichern besteht darin, Strom aus erneuerbaren Quellen für die Gewinnung von Wasserstoff zu nutzen. Mit Hilfe einer Brennstoffzelle ist es anschließend möglich, die im Wasserstoff gespeicherte Energie wieder in Strom umzuwandeln. Aber, wie ist eine möglichst effizient arbeitende Brennstoffzelle aufgebaut?
Als Einstieg wird zunächst eine einfache wasserstoffbetriebene Brennstoffzelle untersucht und Elektroden-Material, Elektrolyt und Zellaufbau variiert. Ergänzend werden Experimente zur Elektrolyse von Wasser durchgeführt und die Zersetzungsspannung bestimmt. So werden die wichtigsten Kenntnisse für eine effiziente und nachhaltige Energieumwandlung erarbeitet.
Gleichzeitig werden Vor- und Nachteile von Wasserstoff als Energiespeicher, besonders der hohe Energieaufwand bei seiner Gewinnung ist offensichtlich. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden PEM-Brennstoffzellen untersucht und Zellen mit alternativen Brennstoffen ausprobiert und optimiert. Die Verwendungsmöglichkeiten der verschiedenen Brennstoffzellen, ihre Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit werden diskutiert.
Ergänzt werden kann der Kurs durch die Aufnahme von Kennlinien und Untersuchungen zum 1. Faradayschen Gesetz.

Unterrichtsbezug

Funktionsweise unterschiedlicher Brennstoffzellen; Elektrolyse als Umkehrung der Vorgänge im galvanischen Element; Phänomen der Überspannung; Zusammenhang zwischen der Zersetzungsspannung und der Zellspannung einer entsprechenden galvanischen Zelle; Einfluss von Katalysatoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit.