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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