Worin besteht der Vorteil der internen Reformierung bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen?
Hohe Brennstoffflexibilität durch direkte Reformierung auf Anodenseite
Höherer Wirkungsgrad und niedrigere Kosten als bei externen Reformer
Nutzung von CH4-H2 Gemischen möglich
Wie ist die Stromkennzahl bei Brennstoffzellen definiert? In welchem Bereich liegen die Stromkennzahl bei aktuellen SOFC- und PEM-Brennstoffzellensystemen im Bereich mikroKWK
Stromkennzahl = elektrische Leistung/genutzte Wärmeleistung
SOFC: 0,5-0,8
PEMFC: 0,5-0,7
Elektrische Wirkungsgrade meist 35 - 40 % (teilweise auch 55 - 60 %)
Vergleichen Sie ein Power-to-Hydrogen-to-Power System mit reversibler SOC mit einem System mit separatem PEM Elektrolyseur und Brennstoffzelle hinsichtlich der Vor- und Nachteile.
Vorteile
Nachteile
Reversibler SOC
-Ein Gerät
- Ermöglicht Umwandlung von Strom in H2 und umgekehrt -> höhere Gesamteffizienz
-Kann zwischen Elektrolysemodus und Brennstofzellenmodus umschalten, je nach Anforderungen des Stromnetz und Bedarf an H2
- Platz und Gewichtseinsparung
- Technologisch sehr komplex, was Entwicklung, Fertigung und Wartung beeinflussen kann
- Technologie noch nicht ausgereift
Separater PEM-Elektrolyseur
- Bewährte Technologie
- Einfache Modulbauweise und Flexibilität Größe unabhängig voneinander anzupassen
-Markt-
verfügbarkeit
- Wandlungs- verluste bei H2 zurück in Strom
- Platzbedarf und Gewicht
- Komplexere Systemintegration für effizienten Betrieb
Sie wollen ein großtechnisches Brennstoffzellen-System mit Wasserstoff aus einem Salzkavernenspeicher betreiben. Welche Komponenten benötigen Sie auf der Wasserstoffseite zusätzlich zur Brennstoffzelle für den Systembetrieb?
H2- Tank, Wassertoffentnahmeeinrichtung
Transportleitung und Verteilsystem
Druckregelungseinrichtung, Regelventile
Spezifische Wasserstoffspeicherinfrastruktur:
- Pumpen
- Kompressoren
- Andere Technologien
Wasserstoffqualitätsüberwachungssystem
Sicherheitseinrichtungen
Spülsystem, um H2 aus dem Stack zu entfernen
Kondensatabscheider
Brennstoffzelle
Aufbau einer PEM-Brennstoffzelle
Umkehrung einer PEM-Elektrolyse
2 H2 + O2 -> H2O + Elektrizität + Wärme
Bipolarplatte für Ver- und Entsorgung der Medien
Membran: PEM = Proton Exchange Membrane oder Polymer Electrolyte Membrane
semipermeable Membran d.h. nur für Protonen
(H+) durchlässig; undurchlässig für Gase (H2, O2)
Standardmaterial: Nafion
Gasdiffusionsschichten
hoher elektrischer Leitfähigkeit erlaubt
eine effiziente Zuführung der Gase zu den Katalysatoroberflächen
Abtransport der infolge der elektrochemischen Umsetzung gebildeten Reaktionsprodukte (Wasser, Wärme und Elektizität)
Elektroden:
Reaktionsoberfläche für die elektrochemischen Reaktionen
Sind auf beiden Seiten der Membran angebracht
Material: Kohle/ Graphit mit einer
Katalysatorschicht
Typische Katalysatoren: Platin (Kathode), Platin/
Ruthenium (Anode)
Durch welche drei Bereiche kann der Betrieb einer PEM-BZ charakterisiert werden?
Im 1. Bereich dominieren Aktivierungsverluste welche zum einen aus der Gasdiffusion von H2 durch die nicht-ideale Membran (Misch-Potenzial-Bildung) resultieren. Zum anderen erreicht der Katalysator erst ab einer gewissen Stromstärke seine volle Wirkung.
Im 2. Bereich dominieren Ohm’sche Verluste aus den elektrischen Kontakt- und Durchtritts- widerständen (innere Widerstände) der FC. Diese limitieren sowohl die Elektronen- als auch die Ionenleitung in der Zelle.
Der 3. Bereich ist schließlich durch die Diffusionslimitierung der BSZ charakterisiert. In diesem Bereich reicht der Betriebsdruck nicht mehr aus um die erforderlichen Gasmengen durch die Gasdiffusionsschicht an die Membran zu transportieren.
Wie hoch sind die Kosten von PEMFC für LKW und PKW Anwendungen?
Worin bestehen die einzelnen Einsatzgebiete der PEMFC und SOFC?
SOFC = hauptsächlich bei Prozessen mit Wärmebedarf; z. B. KWK-Anlagen, Hausheizungen oder Industrie (teilweise aber auch für Schiffe oder Raumfahrt denkbar)
PEMFC = hauptsächlich für mobile Anwendungen, da sehr kurze Startzeiten vorhanden sind -> hohe Dynamik; PEMFC bei stationären Prozessen nur mit reinem H2-Betrieb interessant (vorgeschalteter Reformer schränkt Dynamik und Wirkungsgrad ein)
Zuletzt geändertvor 10 Monaten
