Die Brennstoffzelle; Bald eine ernstzunehmende Alternative für die Automobilindustrie? Maturaarbeit...

Die Brennstoffzelle; Bald eine ernstzunehmende Alternative für die

Automobilindustrie?

Maturaarbeit von Patric Bigler, Klasse 1c

Übersicht

• Ziele der Arbeit• Die Brennstoffzelle allgemein• Wie funktioniert die Brennstoffzelle?• Die Brennstoffzelle in der

Automobilindustrie • Praktischer Teil: Wirkungsgrad bestimmen• Ergebnisse der Messungen• Schlussfolgerungen

Ziele dieser Maturaarbeit

• Sammeln von jeglichen Informationen über Brennstoffzellen (Funktion, Geschichte, Typen, etc.)

• Bestimmung des Wirkungsgrades einer Brennstoffzelle

• Frage der Umsetzbarkeit der Brennstoffzellen und des Wasserstoffs im täglichen Strassenverkehr

Steckbrief der Brennstoffzelle

• Erfunden durch den Physiker Sir William Robert Grove im Jahre 1839

• Umkehrreaktion der Wasserelektrolyse• Anwendungen: Raumfahrt, Heizung, dezentrale

Stromversorgung, „Autoantrieb“

• Keine schädlichen Emmissionen wie CO2

Wie funktioniert eine Brennstoffzelle?

Brennstoffzelle mit „Proton Exchange Membrane“ (PEM) als Elektrolyt

Reaktion an der Anode: eHH 442 2

Reaktion an der Kathode:

Gesamtreaktion: OHOH 222 22

OHeHO 22 244

Animation

Die Brennstoffzelle in der Automobilindustrie

• Daimler Chrysler: „NECAR 1-6, F-Cell“• BMW: „Clean Energy“• Honda: Fuel Cell „FCX“• General Motors: „HydroGen 1-3“• PSI und Volkswagen: VW Bora „HY.Power“• Uni Fribourg: Wasserstoff-Pistenfahrzeug

Praktischer Teil: Vorgehen

• Messen der Spannung über verschiedenen Lastwiderständen

• Berechnen der Stromstärken I = U : R

• Leistung berechnen P = U ∙ I

• Wirkungsgrad berechnen

Schaltplan

Schaltplan für die Spannungsmessung über den verschiedenen Widerständen.

V: Voltmeter, R: Lastwiderstand,

RI: Innenwiderstand der Brennstoffzelle

Praktischer Teil

• Messen der Spannung über verschiedenen Lastwiderständen

• Berechnen der Stromstärken I = U : R

• Leistung berechnen P = U ∙ I

• Wirkungsgrad berechnen

Praktischer Teil

• Messen der Spannung über verschiedenen Lastwiderständen

• Berechnen der Stromstärken I = U : R

• Leistung berechnen P = U ∙ I

• Wirkungsgrad berechnen

Strom-Leistungsdiagramm

0,001

0,01

0,1

1

0,001 0,01 0,1 1 10

Stromstärke (Ampère)

Lei

stu

ng

(W

att)

Gelbe Markierung: Beste Leistung der Brennstoffzelle

Praktischer Teil

• Messen der Spannung über verschiedenen Lastwiderständen

• Berechnen der Stromstärken I = U : R

• Leistung berechnen P = U ∙ I

• Wirkungsgrad berechnen

Wirkungsgrad bei verschiedenen Widerständen

Widerstand

Spannung (V)

Stromstärke

Zeit (sec)

Volumen (cm3)

Input

Output (J)

Wirkungsgrad (η)

Leistung (W)(Ω) (A) (J)

0,22 0,357 1,623 84 20 185,4 48,671 26,252 0,579

0,22 0,203 0,923 112 20 185,4 20,985 11,319 0,187

0,33 0,359 1,088 127 20 185,4 49,605 26,756 0,391

0,33 0,347 1,052 135 20 185,4 49,281 26,581 0,365

0,47 0,422 0,898 144 20 185,4 54,57 29,434 0,379

0,47 0,475 1,011 155 20 185,4 74,435 40,148 0,48

adWirkungsgrutEnergieinp

putEnergieout100

Hindernisse der Brennstoffzelle

• Tankstellennetz – Grosse Investitionen nötig

• Logistik- und Produktionsproblematik von H2

• Speicherungsproblematik von H2

• Forschungskosten (Werkstoffe teuer)• Unterstützung der Umweltpolitik

Zukunftsaussichten

• Guter Wirkungsgrad macht Brennstoffzelle in diversen Gebieten interessant

• Serienmässiger Produktion in ca. 15 Jahren

• Optimierung von Wirkungsgraden und

Danksagungen

• Herr R. Stucki, Fachliche Betreuung

• Herr M. Zysset, Klassenlehrer

• Herr Dr. F. Büchi, PSI Villigen

• Herr Dr. A. Züttel, Uni Fribourg

• PanGas, BMW, Honda, Toyota, Schiess+Partner AG

Informationen und Arbeit unter:

http://www.diebrennstoffzelle.ch.vuhttp://www.fuelcell.tk

http://www.brennstoffzellen.tk