Brennstoffzelle

Eine Brennstoffzelle (engl. fuel cell) ist ein Gerät, das ähnlich wie eine Batterie oder ein Akku, elektrische Energie als galvanische Zelle direkt aus chemischer Energie erzeugt. Durch sie ist kein Umweg über Wärme und mechanische Energie notwendig wie zum Beispiel in einer Wärmekraftmaschine.

Im Unterschied zu einer Batterie ist der chemische Energieträger (“Brennstoff”) nicht in der Brennstoffzelle eingebaut, sondern wird im Betrieb kontinuierlich zur eAnode von außen zugeführt. Gleichzeitig wird der Kathode ein Oxidationsmittel wie z. B. Sauerstoff oder Luft zugeführt. Das entstehende Produkt (z. B. Wasser) wird abgeführt.

Anders als der Begriff “Brennstoffzelle” vermuten lässt, wird der “Brennstoff” nicht verbrannt, sondern bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen elektrochemisch oxidiert. Dadurch wird die Entstehung von Stickoxiden oder andere unerwünschte Verbrennungsprodukte vermieden. Im Vergleich zur Batterie ist durch eine Brennstoffzelle – anders als bei der Batterie – ein sehr langer kontinuierlicher Betrieb ohne Unterbrechung durch Aufladezeiten möglich. Mobile Geräte wie Elektroautos können zudem große Mengen von Brennstoff zu geringem Gewicht mitführen, da die Gesamt-Energiedichte erheblich höher liegt als die von Batterien. Auch gegenüber Wärmekraftmaschinen ergeben sich wesentliche Vorteile für Brennstoffzellen:

• Der Wirkungsgrad kann auch bei kleiner Leistung und gerade auch in Teillast relativ hoch sein (je nach Typ z. B. 35 bis 50 %, in manchen Fällen sogar deutlich höher).
• Das Abgas der Brennstoffzelle enthält in der Regel keinerlei Luftschadstoffe (abgesehen von klimaschädlichem Kohlendioxid beim Betrieb mit kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und evtl. ein wenig Kohlenmonoxid aus einem Reformer).
• Der Betrieb ist annähernd lautlos.
• Hohe Lebensdauer von zehntausenden Stunden.

Die von einer Brennstoffzelle abgegebene Leistung kann allerdings nicht so schnell dem Bedarf angepasst werden wie z. B. bei einer aufladbaren Batterie. Für den Einsatz in einem Fahrzeug wird deswegen in der Regel zusätzlich eine Hochleistungsbatterie benötigt, die kurzfristig die ganze Antriebsleistung liefern oder plötzlich nicht mehr benötigte Leistung von der Brennstoffzelle aufnehmen kann.