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Tertiärzelle

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Tertiärzelle

Du sitzt beim Abendessen mit deiner Familie oder in einer entspannten Runde mit deinen Freunden und mal wieder wird über das Thema Umweltschutz diskutiert. Natürlich ist es wichtig und richtig darüber zu sprechen und Meinungen auszutauschen, aber an einigen Stellen fehlt dann doch einfach das Fachwissen, um mit den vielen Studien und Artikeln zu dem Thema umgehen zu können.

Viele dieser Studien beziehen sich auf die Vor- und Nachteile zwischen Autos mit Verbrennungsmotoren, Elektromotoren und Wasserstoffantrieb. Von Verbrennern und E-Autos hört man mittlerweile ja so Einiges und weiß eventuell auch, wie sie grob funktionieren.

Aber was ist mit den Wasserstoffautos?

Die gesamte Funktionsweise zu erklären würde hier über das Ziel hinaus schießen, wäre weitaus komplexer und würde euch bei der Diskussion auch nicht wirklich weiter helfen. Aber lasst uns doch mal einen genaueren Blick auf die grundlegendste Einheit eines Wasserstoffantriebes werfen: Das Tertiärelement!

Tertiärzelle: Ein erster Einstieg

Neben den Primärelementen (Batterien) und Sekundärelementen (Akkumulatoren / Akkus) der galvanischen Zellen stellt das Tertiärelement das langlebigste dar. Genau genommen sind sie jedoch keine Batterien und auch keine Akkus mehr, da sie kein in sich geschlossenes System sind. Der dauerhafte Zufluss des Brennstoffs ist dabei eine der wichtigsten Eigenschaften von Tertiärelementen.

Tertiärelemente ermöglichen die kontrollierte Verbrennung von dauerhaft zugeführten Brennstoffen an geeigneten Katalysatoren, die zur Umwandlung von chemischer in elektrische Energie führt.

Um diese Besonderheiten aber wirklich verstehen zu können schau dir nochmal intensiv den Rückblick zur galvanischen Zelle an.

Tertiärzelle: Rückblick auf die Galvanische Zelle

Da die Tertiärelemente zu den galvanischen Zellen (oder auch galvanischen Elementen) gehören, ist es sinnvoll noch einmal zu wiederholen, worum es sich dabei überhaupt handelt. Galvanische Zellen wandeln in einer Redoxreaktion chemische in elektrische Energie um, die anschließend genutzt werden kann.

Anwendungen für galvanische Zellen findest du in Batterien oder Akkus, die immer nach diesem Prinzip funktionieren. Möglich wird das grundlegend durch die Übergänge von Elektronen, allerdings nicht durch einen direkten Kontakt der reagierenden Stoffe, sondern über einen separaten Weg.

Hierzu wird die Redoxreaktion in zwei Halbzellen unterteilt, was zwei voneinander getrennten Gefäßen entspricht. Die Reaktion wird dadurch ebenfalls unterteilt und in einer der beiden Halbzellen findet die Oxidation in der anderen die Reduktion statt.

Falls du bei dem Wort "Redoxreaktion" gerade nochmal etwas die Stirn gerunzelt hast, hier nochmal eine kleine Wiederholung:

Redoxreaktionen bestehen immer aus zwei Teilreaktionen: Der Oxidation und der Reduktion. Das bedeutet, dass einem der Stoffe Elektronen entzogen werden und die gleiche Anzahl einem anderen Stoff der Reaktion hinzugefügt werden. Hier mal ein Beispiel:

Tertiärzelle Physikalische Chemie Beispiel Redoxreaktion StudySmarter

Das Natrium hat in dieser Reaktion ein Elektron abgegeben und ist damit zu unserem Kation geworden. In der Reaktion wurde es also oxidiert und beschreibt die erste Teilreaktion.

Tertiärzelle Physikalische Chemie Beispiel Oxidation StudySmarter

Das Chlorid hingegen hat das frei gewordene Elektron des Natriums aufgenommen und ist damit zu einem Anion geworden. Es ist also reduziert worden und zeigt die zweite Teilreaktion.

Physikalische Chemie Beispiel Reduktion StudySmarter

Möchtest du die Redoxreaktion vollständig nachvollziehen, schau doch mal bei den Oxidationszahlen vorbei. Sie machen die Übergänge der Elektronen um einiges verständlicher.

Wie du in Abbildung 1 erkennen kannst wird in jede der Halbzellen eine Elektrode aus einem spezifischen Metall sowie eine Lösung, welche das gleiche Metall enthält, platziert. In diesem Beispiel sind das Kupfer und Zink Elektroden, sowie CuSO4- und ZnSO4-Lösungen. In welcher der beiden Halbzellen nun die Oxidation bzw. die Reduktion statt findet, hängt von dem Metall ab, welches in Form der Elektrode in der Halbzelle platziert wurde.

Tertiärzelle Physikalische Chemie Vereinfachter Aufbau einer galvanischen Zelle StudySmarterAbbildung 1: Vereinfachter Aufbau einer galvanischen Zelle

In der linken Halbzelle befindet sich eine Elektrode aus Zink. Zink hat ein niedrigeres Redoxpotential als Kupfer, was dazu führt, dass mehr (positive) Ionen an der Zink Elektrode in die Lösung übergehen als bei der Kupfer Elektrode. Hier findet also die Oxidation der Redoxreaktion statt. Somit wird diese Elektrode stärker negativ geladen und stellt die Anode dar, wohingegen die Elektrode aus Kupfer weniger negativ geladen ist und zur Kathode wird.

Reaktionsort
ReaktionsartReaktionsgleichung
AnodeOxidationPhysikalische Chemie Reaktionsgleichung Anode StudySmarter
KathodeReduktionPhysikalische Chemie Reaktionsgleichung Kathode StudySmarter
Gesamt RedoxreaktionPhysikalische Chemie Reaktionsgleichung Gesamt StudySmarter

Du weißt nun, dass an der Anode die Oxidation und an der Kathode die Reduktion stattfindet. Der dabei entstandene Ladungsunterschied zwischen den beiden Elektroden führt zu einem Elektronenfluss von der Anode zur Kathode. Die Elektronen laufen dabei über einen Draht, welcher zwischen den Elektroden angebracht und mit einem Voltmeter zur Messung versehen wurde.

Damit nun aber wirklich ein Elektronenfluss entsteht, muss der Stromkreis vollständig geschlossen sein. Momentan würden die Elektronen nur von einer Halbzelle in die andere fließen und ein Ungleichgewicht würde entstehen, wodurch die galvanische Zelle nicht mehr funktionstüchtig wäre.

Wenn du dir den Fluss in und zwischen den Halbzellen nochmal genau vorstellst, passiert also folgendes:

Die Lösung der Anode würde aufgrund der abgetrennten Zn2+-Ionen immer positiver werden und die Lösung der Kathode immer negativer, da die Cu2+-Ionen sich an die Kathode lagern und zu Cu-Atomen umgewandelt werden. Der Elektronenfluss würde also irgendwann zum erliegen kommen.

Um dem entgegen zu wirken, müssen die entstehenden Anionen (So42-) und Kationen (Zn2+) in den Stromkreis der galvanischen Zelle eingebunden werden. Dazu wird eine sogenannte Salzbrücke angelegt. Sie reicht von der Lösung der ersten Halbzelle bis in die Lösung der zweiten Halbzelle und besteht aus einem Gel/einer Flüssigkeit, welches den Ausgleich von Anionen und Kationen ermöglicht (Elektrolyt) (siehe Abbildung 2).

Tertiärzelle Physikalische Chemie Vollständiger Aufbau einer galvanischen Zelle StudySmarterAbbildung 2: Vollständiger Aufbau einer galvanischen Zelle

In einer galvanischen Zelle kann die Salzbrücke auf zwei verschiedene Arten ihre Aufgabe erfüllen. Entweder ermöglicht sie es den Ionen selber zwischen den Halbzellen zu wandern, oder aber sie besteht aus einem Salz, welches selber Anionen und Kationen für den Ausgleich zur Verfügung stellt. Ein Vorteil der Variante, in der sie selber die Ionen zur Verfügung stellt, besteht darin, dass man Ionen auswählen kann, die mit den anderen Stoffen der Halbzellen nicht reagieren. So erschafft man zwar einen Ausgleich, hat aber keine unerwünschten Reaktionen.

Als generelle Alternative zu beiden Varianten kann auch eine semipermeable (halbdurchlässige) Membran angebracht werden. Wobei die beiden Halbzellen zwar in einem Gefäß vorliegen, aber durch die Membran getrennt werden.

Der Ionenaustausch kann also über folgende Varianten stattfinden:

  • Salzbrücke
    • Ionen der Lösungen werden transportiert
    • Ionen der Salzbrücke werden zum Ausgleich genutzt
  • Aufbau mit einer semipermeablen Membran

Tertiärzelle Physikalische Chemie Vergleich Salzbrücke (links) vs. semipermeable Membran (rechts) StudySmarterAbbildung 3: Vergleich Salzbrücke (links) vs. semipermeable Membran (rechts) Quelle: germancontract.com

Zum Ende dieses Rückblicks auf die galvanische Zelle vergegenwärtige dir noch einmal, dass die fortlaufende Ablagerung der Ionen an der Anode und die daraus folgende Anlagerung von Ionen an die Kathode zu einem Verlust der Masse an der Anode sowie einer Zunahme der Masse an der Kathode führt. Diese Form der galvanischen Zelle ist also nicht unbegrenzt nutzbar und wird irgendwann nicht mehr funktionieren.

Besonderheiten der Tertiärzelle

Der große Unterschied zu den anderen galvanischen Elementen besteht darin, dass einer Tertiärzelle durchgehend der Brennstoff über die Elektroden nachgeliefert wird und sie so theoretisch unbegrenzt laufen kann. Die Reaktion, welche in einem Wasserstoff-Tertiärelement statt findet, ist simpel und sieht wie folgt aus:

Reaktionsort ReaktionsartReaktionsgleichung
AnodeOxidationPhysikalische Chemie Reaktion an der Wasserstoff Brennstoffzellen Anode StudySmarter
KathodeReduktionPhysikalische Chemie Reaktion in der Wasserstoff Brennstoffzellen Kathode StudySmarter
GesamtRedoxreaktionPhysikalische Chemie Reaktion an der Wasserstoff Brennstoffzelle gesamt StudySmarter

Aber auch im Tertiärelement findet man wie bei den galvanischen Zellen zwei Elektroden vor, welche in zwei separaten Halbzellen untergebracht sind. Allerdings werden in herkömmlichen Tertiärelementen keine Salzbrücken als Elektrolyte genutzt, sondern semipermeable Membranen, welche die Halbzellen voneinander abgrenzen und nur für eine Ionenart durchlässig sind. Der weitere Aufbau der Tertiärzelle beziehungsweise der Halbzellen auf beiden Seiten der Membran ähnelt einem Sandwich mit mehreren Lagen. (Abbildung 3)

Die Membran wird von zwei Seiten durch die Anode und die Kathode umschlossen. Wobei die Kathode mit Luft und die Anode mit dem Brennstoff versorgt wird. Die beiden Elektroden werden wiederum durch einen Katalysator abgedeckt und hinter dem Katalysator kommt abschließend die Gasdiffusionslage (GDL).

Tertiärzelle Physikalische Chemie Aufbau eines Tertiärelements StudySmarteAbbildung 4: Aufbau eines TertiärelementsQuelle: edu.tum.de

Auch wenn der Aufbau erst einmal sehr abgewandelt aussieht, kann man doch die Grundzüge wie Elektrolyt, Halbzellen und Elektroden der galvanischen Zelle wieder erkennen.

Wozu nun aber die neuen Schichten die das Tertiärelement im besonderen charakterisieren?

Die Membran

Elektrolyte kennst du bereits aus den galvanischen Elementen. Und auch hier ist es durch die Eigenschaften der semipermeablen Membran möglich, den benötigten Ladungsausgleich zu schaffen. Diese hat die Fähigkeit nur bestimmte Moleküle passieren zu lassen und ungewollte Moleküle zurück zu halten. In den meisten Fällen werden Kationen von der Anode zur Kathode durch gelassen, welche anschließend mit dem Sauerstoff der Kathode reagieren.

Katalysatoren

Die dünnen aus einer Kohlenstoffschicht bestehenden Katalysatoren sind mit Platin oder Palladium besetzt. Sie unterstützen die Reaktanden dabei, die benötigten Stoffe und Teilchen zur Verfügung zu stellen. Bei der Anode wird so sicher gestellt, dass die benötigten Protonen vom Wasserstoff abgetrennt werden und an der Kathode der Sauerstoff reduziert wird.

Katalysatoren sind in der Chemie Stoffe, die die Reaktionsgeschwindigkeit einer Reaktion erhöhen, in dem sie die Aktivierungsenergie absenken. Zur Beschreibung von Teilen einer Apparatur, die diese Stoffe tragen oder hinzugeben, wird aber auch der Name "Katalysator" verwendet.

Gasdiffusionslage (GDL)

Die GDL´s sind unerlässlich für die Zufuhr der Reaktanden für die Katalysatoren. Außerdem sorgen sie auch dafür, dass die Produkte der Reaktion wieder abtransportiert werden. Sie bestehen aus Kohlefasern, die mit Poren übersäht sind. Durch diese Poren gelangen Edukte und Produkte zu ihrem vorgesehenen Platz.

Die Kohlefasern sind meist mit Polytetrafluorethylen (PTFE) beschichtet. Durch seine hydrophoben Eigenschaften, sorgt das PTFE dafür, dass die Poren offen bleiben und das Wasser kontinuierlich abtransportiert wird. Jedoch wird immer etwas Wasser in der Zelle zurückgehalten, damit die Leitfähigkeit innerhalb erhalten wird. Das PTFE hat also eine essentielle Aufgabe bei der Balance des Wassertransports.

Bipolarplatten

Um die Tertiärzelle abzugrenzen wird sie von außen noch durch zwei Bipolarplatten umgeben. Die Platten bestehen aus massiven und elektrisch leitenden Materialien wie beispielsweise Metallen, um der Zelle Stabilität und gleichzeitig die Möglichkeit zur Kopplung mit anderen Zellen zu ermöglichen. Diese Kopplung ist wichtig, da eine einzelne Zelle relativ wenig Spannung bietet, weshalb mehrere in Reihe geschalten werden und so einen Stack (Stapel) bilden.

Anwendung der Tertiärzelle

Nachdem du dir die Grundlagen zum Aufbau und der Funktion angeschaut hast, kommt jetzt noch etwas Input zur Einordnung des Tertiärelements und wofür du das alles gelernt hast.

Die Anwendungsmöglichkeiten des Tertiärelements sind unglaublich vielversprechend. Solange man die Möglichkeit hat der Zelle wieder neuen Brennstoff zuzuführen, kann sie jegliche Anwendungsbereiche abdecken. Dazu zählen:

  • Stationäre Anwendungen
    • Wie Generatoren in Gebäude
  • Mobile Anwendungen
    • Im Straßenverkehr
    • In der Luft- und Raumfahrt
    • Im Schienenverkehr.

Hinzu kommt, dass bereits jetzt an unterschiedlichsten Typen der Tertiärzelle geforscht wird, die sich in Brennstoff, Aufbau, Leistung/Wirkungsgrad und Haltbarkeit unterscheiden. Schauen wir beispielsweise auf den Brennstoff der Tertiärelemente, so können wir bereits jetzt zwischen Wasserstoff, Methan und Methanol wählen, die ihre Vor- und Nachteile mitbringen. So werden die Aspekte der Brennstoffzellen, immer genauer untersucht und weiter verbessert.

Der Wirkungsgrad der Tertiärelemente ist beispielsweise abhängig von der Temperatur, bei der sie laufen. Niedrigtemperatursysteme arbeiten bei ca. 80 - 150°C und können einen Wirkungsgrad von ungefähr 50% erreichen. Hochtemperatursysteme hingegen sind zwar meist auch teurer, jedoch können sie durch ihre extrem hohen Temperaturen bereits jetzt einen Wirkungsgrad von bis zu 60% vorweisen.

Tertiärelement im Vergleich zum Verbrenner

Ein häufiges Thema in der Diskussion um die Energie- und Verkehrswende ist der Ersatz des Verbrennungsmotors durch umweltfreundliche Alternativen.

Der Verbrennungsmotor ist eine Maschine, die mittels eines entzündbaren Stoffgemisches eine Reaktion hervorruft, mit der ein Kolben in Bewegung gesetzt wird. Erreicht wird das in einem zyklischen Ablauf der Maschine, in der chemische Energie in mechanische Arbeit umgesetzt wird. (siehe Abbildung 4)

Tertiärzelle Physikalische Chemie Aufbau eines Verbrennungsmotors StudySmarterAbbildung 5: Aufbau und Ablauf eines Verbrennungsmotors (Ottomotor)Quelle: tgabathuler.ch

1. Ansaugen des Kraftstoffs

2. Verdichten des Kraftstoffes

3. Entzündung und Arbeit des Kraftstoffes

4. Ausstoß des Kraftstoffes

Eine dieser Alternativen ist das gerade besprochene Tertiärelement oder im allgemeinen Sprachgebrauch die Brennstoffzelle. Das bekannteste Beispiel ist wohl das "Wasserstoffauto", was momentan noch keine endgültige Alternative darstellt, aber vielversprechend ist. Dazu hier mal ein kleiner Vergleich zwischen Verbrennungsmotor und Brennstoffzelle. (Bedenke aber, dass in einer richtigen Diskussion noch viel Aspekte betrachtet werden müssen)

EigenschaftVerbrennungsmotorBrennstoffzelle
Wirkungsgrad25 - 35%30 - 60%
LautstärkeLaut bis sehr lautSehr leise
Verfügbarkeit des BrennstoffesHoch aber begrenztHoch und unbegrenzt
CO2-AusstoßHochFast zu vernachlässigen

Aber Achtung!

Auch wenn mit der Brennstoffzelle in Form eines Wasserstoffautos eine interessante und vielversprechende Alternative aufgezeigt wurde, bedenke, dass wir immer noch vor großen Herausforderungen stehen. Zwar wäre der Wasserstoff als flüssiger Brennstoff leicht in das aktuelle Tankstellennetz einzupflegen, aber allein der Transport und die Lagerung des Wasserstoffs sind noch so ineffizient, dass der Wirkungsgrad am Ende wieder fast auf dem Niveau des Verbrennungsmotors liegt. Zudem muss die Herstellung des Brennstoffs wie auch des Autos selbst in die Betrachtung mit eingebracht werden. Außerdem wird zwar kein CO2 emittiert aber es gibt bereits Hinweise darauf, dass der entstehende Wasserdampf ebenfalls eine Auswirkung auf den Treibhausgaseffekt haben kann.

Wenn du mal einen genaueren Blick auf solche Studien werfen möchtest, schau doch mal beim BMUV vorbei. Dort wurde in einigen Artikeln differenziert aufgezeigt, wo Stärken und Schwächen von alternativen Kraftfahrzeugen liegen.

Oder wenn dich eher wissenschaftliche Aspekte interessieren, gibt es eine sehr interessante Pressemitteilung des Forschungszentrum Jülich, die Forschungen zu verbessersten Brennstoffzellen nach gehen.

Mit dieser Grundlage zum Thema der Tertiärzelle und ihrer praktischen Anwendung kannst du dich jetzt auf weitere interessante Themen stürzen, wie Wasserstoffflugzeuge, Wasserstoffstrategien oder Wasserstoff als Energieträger.

Tertiärzelle - Das Wichtigste

  • Tertiärzellen unterscheiden sich von anderen galvanischen Zellen vor allem durch den dauerhaften
  • Bestimmung der Anode und der Kathode in einer galvanischen Zelle ist über das Redoxpotential der Metalle der Elektroden möglich
  • In galvanischen Elementen findet die Oxidation an der Anode und die Reduktion an der Kathode statt
  • Elektrolyte sind notwendig um einen Ionenausgleich zu schaffen
  • Die Membran, der Katalysator, die Gasdiffusionslage und die Bipolarplatten stellen die charakteristischen Bauteile eines Tertiärelements dar.
  • Anwendungsgebiete für Tertiärelemente ergeben sich sowohl für stationäre als auch für mobile Anwendungen.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Tertiärzelle

Eine galvanische Zelle beschreibt eine Apparatur, die mittels einer Redoxreaktion chemische in elektrische Energie umwandelt. Man unterscheidet dabei Primär-, Sekundär und Tertiärelement. 

Zwei Halbzellen werden mittels eines Elektrolyten von einander getrennt und jeweils eine Elektrode, wie auch eine Lösung werden in jede dieser Halbzellen platziert. Eine Verbindung beider Elektroden führt dann in Kombination mit dem Elektrolyt zur gewünschten Reaktion.

Finales Tertiärzelle Quiz

Frage

Was ist eine Wasserstoff-Brennstoffzelle?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle. 
Sie erzeugt durch eine chemische Reaktion Strom. 

Frage anzeigen

Frage

Wie erzeugt eine Wasserstoff-Brennstoffzelle Strom?

Antwort anzeigen

Antwort

Wasserstoff und Sauerstoff werden kontrolliert zur Reaktion gebracht. Chemische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt. 

Frage anzeigen

Frage

Welcher Brennstoff wird bei einer Wasserstoff-Brennstoffzelle verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

Wasserstoff

Frage anzeigen

Frage

Welches Oxidationsmittel wird bei einer Wasserstoff-Brennstoffzelle verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

Sauerstoff. 

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Bestandteilen besteht eine Wasserstoff-Brennstoffzelle?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle besteht aus:

  • Anode
  • Kathode
  • Membran
  • Elektrolyt
  • Brennstoff
  • Oxidationsmittel
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Frage

Wo werden Wasserstoff-Brennstoffzellen eingesetzt?

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Antwort

Fahrzeugantrieb

Frage anzeigen

Frage

Welche Vorteile haben Wasserstoff-Brennstoffzellen?

Antwort anzeigen

Antwort

Hohen Wirkungsgrad

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Frage

Welche Nachteile bringen Wasserstoff-Brennstoffzellen mit sich?

Antwort anzeigen

Antwort

Technische Anforderungen sind hoch

Frage anzeigen

Frage

Wieso muss man Wasserstoff vom Sauerstoff trennen?

Antwort anzeigen

Antwort

Man erhält sonst ein gefährliches Knallgasgemisch.

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Frage

Ist eine Wasserstoff-Brennstoffzelle eine galvanische Zelle?

Antwort anzeigen

Antwort

Ja

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Frage

Welche Art von Teilchen lässt die semi-permeable Membran passieren?


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Antwort

Die semi-permeable Membran lässt Protonen passieren.

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Frage

Bei welcher Temperatur ist die Methanol-Brennstoffzelle anwendbar?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Methanol-Brennstoffzelle ist bei -97-130°C anwendbar.

Frage anzeigen

Frage

Welche Stoffe werden der Kathode zugeführt?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Kathode wird nur Sauerstoff zugeführt.

Frage anzeigen

Frage

Welche Stoffe werden der Anode zugeführt?


Antwort anzeigen

Antwort

Der Anode werden Wasser und Methanol zugeführt.

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Frage

Welche Auswirkungen hat es, wenn Methanol die Membran passiert?


Antwort anzeigen

Antwort

Wenn Methanol durch die Membran diffundiert, führt dies zu Verlust von Brennstoff, Herabsetzung der Zellspannung, Inaktivierung der Kathode und Abnahme der Effektivität.

Frage anzeigen

Frage

Welche Aussage stimmt nicht?


Antwort anzeigen

Antwort

Methanol ist ungiftig

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Frage

In welcher Industrie wird momentan stark über die Verwendung der Methanol-Brennstoffzelle nachgedacht?

Antwort anzeigen

Antwort

In der Automobilindustrie.

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Frage

Nenne zwei Vorteile und zwei Nachteile der Methanol-Brennstoffzelle.

Antwort anzeigen

Antwort

Vorteile


1. einfaches System ohne Brennstoffumwandlung 

2. bei Temperaturen von −97 bis 64°C flüssig ist und bei -97 bis130°C anwendbar 


Nachteile


1. Methanoldurchtritt durch die Membran auf die Kathodenseite durch Diffusion und Elektroosmose. Dadurch verliert man nicht nur einen Teil des Brennstoffs, sondern auch die Zellspannung wird herabgesetzt.

2. Methanol ist giftig und korrosiv


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Frage

Welcher anderen Brennstoffzelle ähnelt die Methanol-Brennstoffzelle? Nenne zwei Aspekte in denen sich die beiden Brennstoffzellen nicht ähneln.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Methanol-Brennstoffzelle ähnelt der Wasserstoff-Brennstoffzelle. Unterschiede sind: 

1. das benutzte Gas

2. die Umstände und Bedingungen der Zelle

3. die Aktivität

Frage anzeigen

Frage

In welchen tragbaren Systemen ist die Methanol-Brennstoffzelle anzutreffen?


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Antwort

In Methanol-Brennstoffzelle ist in Rasenmähern, Kameras, Laptop, Mopeds und Generatoren anzutreffen.

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Frage

Wieso ist die Methanol-Brennstoffzelle umweltschädlich?


Antwort anzeigen

Antwort

Die Methanol-Brennstoffzelle ist umweltschädlich, da bei ihren Reaktionen Kohlenstoffdioxid entsteht, welches ein Treibhausgas ist.

Frage anzeigen

Frage

Auf welcher Vorrichtung basiert das Tertiärelement?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie basiert auf dem galvanischen Element.

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Frage

Stellt die galvanische Zelle Energie her? Und wenn ja, welche?

Antwort anzeigen

Antwort

Nein sie stellt keine Energie her! 
Sie wandelt lediglich chemische in elektrische Energie um, welche im Anschluss genutzt werden kann. 

Frage anzeigen

Frage

Was für Reaktionen finden in den Tertiärelementen statt und wo sind sie zu finden?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Gesamtreaktion ist eine Redoxreaktion.

Sie wird in die Oxidation und die Reduktion unterteilt.

Dabei findet die Oxidation an der Anode und die Reduktion an der Kathode statt.

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Frage

Was führt zum Elektronenfluss zwischen Anode und Kathode?

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Antwort

Der Ladungsunterschied zwischen den Elektroden, der durch die Oxidation bzw. Reduktion an Ihnen entstanden ist.

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Frage

Wie wird der Elektronenfluss von der Anode zur Kathode zu einem Stromkreis erweitert?

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Antwort

In dem ein Elektrolyt zwischen den beiden Halbzellen angebracht wird. (Salzbrücke oder semipermeable Membran)

Frage anzeigen

Frage

Welche Aufgabe hat ein Elektrolyt?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Elektrolyt gleicht den bei der Redoxreaktion entstehenden Ladungsunterschied aus, indem es Anionen und/oder Kationen transportiert.

Frage anzeigen

Frage

Wieso kann eine standardmäßige galvanische Zelle nicht unbegrenzt lange laufen?

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Antwort

Durch die Umlagerung der Elektronen findet an der Anode eine Verringerung der Masse statt. Nach längerer Zeit würde diese Verminderung dazu führen, dass die Anode nicht mehr genug Elektronen abgeben kann.

Frage anzeigen

Frage

Welche Eigenschaft unterscheidet das Tertiärelement von den anderen Elementen der galvanischen Zellen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Elektroden bekommen durchgehend den benötigten Brennstoff nachgeliefert, wodurch sie (theoretisch) unbegrenzt lange funktionieren können.

Frage anzeigen

Frage

Wie lauten die charakteristischen Bauteile eines Tertiärelements?

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Antwort

  • Protonendurchlässige Membran
  • Elektroden
  • Katalysator
  • Gasdiffusionslage
  • Bipolarplatte
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Frage

Welche Anwendungen gibt es für das Tertiärelement?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Stationäre Anwendungen
    • Generatoren
  • Mobile Anwendungen
    • Im Straßenverkehr
    • In der Luft- und Raumfahrttechnik
    • Im Schienenverkehr
Frage anzeigen

Frage

Welche Funktionen erfüllen die Bipolarplatten einer Tertiärzelle?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Stabilität, um eine Verknüpfung der Zellen zu ermöglichen.
  • Elektrisch leitend, damit die Zellen in Reihe geschaltet werden können.
Frage anzeigen

Frage

Wie ergibt sich die Zuteilung der Elektroden zur Anode oder zur Kathode?

Antwort anzeigen

Antwort

Über das Redoxpotential.
Umso niedriger das Potential ist, desto mehr Elektroden werden abgegeben und die Elektrode übernimmt die Funktion der Anode.

Entsprechend umgekehrt verhält es sich bei der Kathode.

Frage anzeigen
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