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Brennstoffzellentypen
Man unterscheidet derzeit 6 verschiedene Brennstoffzellentypen. Sie werden in Abhängigkeit der Betriebstemperaturen und des Elektrolyten klassifiziert. Die Unterscheidung nach Betriebstemperaturen führt weiterhin zur Definition von Niedertemperatur- und Hochtemperatur-Brennstoffzellen.
(Quelle Grafiken: Forschungszentrum Jülich)
Zu den Niedertemperatur-Brennstoffzellen zählen:
- die Alkalische Brennstoffzelle (AFC),
- die Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC),
- die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) und
- die Phosphorsaure-Brennstoffzelle (PAFC),
Zu den Hochtemperatur-Brennstoffzellen zählen:
- die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC) und
- die Oxidkeramische-Brennstoffzelle (SOFC).
Neben der oben genannten generischen Untergliederung der Brennstoffzellen, die für die Beschreibung des Zellstapels von wesentlicher Bedeutung ist, ist über die Anforderungen an die Systemtechnik die Unterscheidung in stationäre, portable und mobile Systeme relevant. Die Entwicklungen der PAFC, MCFC und SOFC zielen bis auf Ausnahmen auf die stationäre Energieversorgung. Die PEFC wird vorwiegend für mobile, aber auch für stationäre Anwendungen entwickelt. Die DMFC wird für den Antrieb entwickelt; sie hat aber auch ein besonders hohes Potential für portable Kleinanwendungen.
Im mobilen Bereich werden hinsichtlich der Leistungsdichte - sowohl massen- als auch volumenspezifisch - sehr hohe Anforderungen gestellt (etwa 0,5-1 kg/kW). Bei stationären Anlagen hingegen führt eine geringere Leistungsdichte der Anlage im wesentlichen nur zu höheren Materialkosten. Auch die Anforderungen an die Leistungsdynamik stationärer Anlagen sind geringer. Dafür werden aber eine um den Faktor 10 höhere Standzeit - etwa 50.000 h gegenüber 5.000 h - und damit eine um den Faktor 10 geringere Alterung gefordert.
Entwicklungsstand
Folgende Merkmale kennzeichnen den heutigen Entwicklungsstand der Brennstoffzelle und zeigen damit letztlich auch die Motive auf, bei einer umweltschonenden Energieversorgung in der Zukunft auf die Brennstoffzelle zu bauen:
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Vorteile: |
Nachteile (zur Zeit): |
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Hoher Wirkungsgrad bei Voll- und (je nach Anwendung) bei Teillast der Brennstoffzelle |
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Hoher Investitionsaufwand |
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Gute Regelbarkeit |
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Wenig Betriebserfahrungen |
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Hohe Stromkennzahl und hoher elektrischer Wirkungsgrad |
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Zu geringe Lebensdauer (teilweise) |
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Gute Leistungsstaffelung durch modularen Aufbau |
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Wenige Anbieter |
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Geringer zu erwartender Wartungsaufwand |
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Geringe Schadstoff- und Lärmemissionen |
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Hohes Entwicklungspotenzial |
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Die genannten Nachteile dürften allerdings zukünftig aufgrund weiterer Entwicklungsfortschritte an Bedeutung verlieren. Vor allem bei den Investitionskosten wird mit einem deutlichen Rückgang zu rechnen sein, wenn die Systeme technisch optimiert sind und größere Stückzahlen produziert werden können (siehe Kapitel Ausblick).
Grundlagen
Historie
Wirkungsgrad und Gesamtsysteme
Brenngaserzeugung
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