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 Brennstoffzelle membran? 
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Chemie Junior

Registriert: 23.11.2008, 23:04
Beiträge: 5
Beitrag Brennstoffzelle membran?
Hallo ihr Naturwissenschaftler,

ich hab da ein Problemchen, und zwar wollte ich mir eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle bauen.

Jetzt frage ich mich was ich als Membran nehmen kann/sollte ich habe mal was von Agar-Agar gelesen... das muss so ein Geliermittel sein. Dann frage ich mich noch MUSS ich zwingend ein Elektrolyt haben also eine Lauge/Säure oder kann ich auch nur den Wasserstoff auf die Anode "gasen".

Falls das hier das flasche Unterforum sein sollte bitte verschieben, das ist mein 1. beitrag.

Mfg. Kimmoo


23.11.2008, 23:15
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Chemie God

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Beiträge: 2751
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Beitrag 
Wiki gelesen?
Zitat:
Aufbau [Bearbeiten]
Schematische Darstellung der Funktion einer Brennstoffzelle

Eine Brennstoffzelle besteht aus Elektroden, die durch eine Membran oder Elektrolyt (Ionenleiter) voneinander getrennt sind.

Die Elektrodenplatten/Bipolarplatten bestehen meist aus Metall oder Kohlenstoffnanoröhren. Sie sind mit einem Katalysator beschichtet, zum Beispiel mit Platin oder mit Palladium. Als Elektrolyten können beispielsweise gelöste Laugen oder Säuren, Alkalicarbonatschmelzen, Keramiken oder Membranen dienen.

Die Energie liefert eine Reaktion von Sauerstoff mit dem Brennstoff, der Wasserstoff sein kann, jedoch ebenso aus organischen Verbindungen wie z.B. Methan und Methanol bestehen kann. Beide Reaktanden werden über die Elektroden kontinuierlich zugeführt. Die gelieferte Spannung liegt theoretisch bei 1,23 Volt für die Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle bei einer Temperatur von 25 °C. In der Praxis werden jedoch nur Spannungen von 0,5 bis 1 V (experimentell auch darüber) erreicht. Die Spannung ist vom Brennstoff, von der Qualität der Zelle und von der Temperatur abhängig. Um eine höhere Spannung zu erhalten, werden mehrere Zellen zu einem Stack (engl. für 'Stapel') in Reihe geschaltet. Unter Last bewirken die chemischen und elektrischen Prozesse ein Absinken der Spannung (nicht bei der Hochtemperatur-Schmelzkarbonatbrennstoffzelle, MCFC).

Bei der Niedertemperatur-Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC; oder Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC) ist der Aufbau wie folgt:

1. Bipolarplatte als Elektrode mit eingefräster Gaskanalstruktur, beispielsweise aus leitfähigen Kunststoffen (durch Zugabe zum Beispiel von Carbon-Nanoröhrchen elektrisch leitend gemacht);
2. poröse Carbon-Papiere;
3. Reaktivschicht, meist auf die Ionomermembran aufgebracht. Hier stehen die vier Phasen Katalysator (Pt), Elektronenleiter (Ruß oder Carbon-Nanomaterialien), Protonenleiter (Ionomer) und Porosität miteinander in Kontakt;
4. protonenleitende Ionomermembran: gasdicht und nicht elektronenleitend.
Bild

Quelle= http://de.wikipedia.org/wiki/Brennstoffzelle


25.11.2008, 12:31
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Chemie Junior

Registriert: 23.11.2008, 23:04
Beiträge: 5
Beitrag 
doch wiki hab ich eigl gelesen nur eben dieses "oder" nicht. also kann ich mir das (wenn das ich das richtig verstehe) "aussuchen" ob membran oder elektrolyt...

mfg. kimmoo

und danke nochmal für den denk anstoß


25.11.2008, 14:43
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Chemie Freak
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Beiträge: 778
Beitrag 
Mich würde es wundern, wenn man mit Agar-Agar als Membran eine Niedertemp H2/O2-BZ erfolgreich (!) basteln könnte. Üblicherweise wird ein Teflon-ähnliches Polymer hierzu verwendet...


25.11.2008, 18:57
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Chemie Junior

Registriert: 23.11.2008, 23:04
Beiträge: 5
Beitrag 
hmm also der hat das damit geschafft

http://www.ohg-tuttlingen.de/pdf/buch20 ... fzelle.pdf

ab seite 14


25.11.2008, 20:02
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Chemie Junior

Registriert: 23.11.2008, 23:04
Beiträge: 5
Beitrag ergänzung
ähm Funktionskeramik kannst du mir das vielleicht mal etwas genauer erklären?

also was das genau ist?

das ich dafür (als ersatz) nehmen könnte?

oder hast du vllt. eine bessere idee?

mfg. kimmoo


03.12.2008, 21:52
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Chemie Member

Registriert: 29.11.2008, 10:12
Beiträge: 71
Wohnort: Berlin
Beitrag 
Jetzt mal auf den Punkt:
Eine SOFC Zelle hat einen Sauerstoffionneleiter innen als "Trennwand"! Den brauchst du auch. Und das ist YSZ Keramik oder in Worten: ZrO2 oder auch Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumdioxid. Das gleiche wie in der Lambdasonde im Auto.

Also zumindest bei der SOFC (solid oxide fuel cell) braucht es einen keramischen Sauerstoffionenleiter. Was das noch sein kann/könnte sage ich nicht. Aktuelle Forschung;)


Was da passiert ist, dass du eine und andere Seite der Zelle einen unterschiedlichen Sauerstoffpartialdruck hast. Nämlich eine Seite kommt ja O2 rein und andere Seite H2. Dann wandert der Sauerstoff in Form von Ionen (O2-) zum H2. Er nimmt also einen Seite 2 Elektronen auf und andere Seite gibt er zwei wieder ab und es bildet sich H2O und so fließt dann Strom von a nach b.

_________________
Riesiges Hobbylabor. Möglicherweise einiges abzugeben....


03.12.2008, 22:24
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Chemie Freak
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Beiträge: 778
Beitrag 
@dipl.chem
Das ist so schon richtig - aber ich vermute, dass kimmoo nicht an eine SOFC gedacht hat, weil deren Aufbau und Betrieb ohne ein gut ausgestattetes Labor so gut wie nicht machbar ist (außer man bleibt im mm²-Maßstab, doch selbst dann...)
@kimmoo
Die trennende Membran ist ein Polymerfolie aus einem PTFE-ähnlichen Material (schau mal nach Nafion®). Diese wird mit Graphit-Gewebe beidseitig versehen (quasi aufgeklebt) und mit einem Katalysator (feinste Pt-Partikel) beladen (getränkt). An die Graphit-Matten kommen dann die Potentialabgriffe...

Aber eine solche PEM selber zu bauen scheitert oft an der Beschaffung der Einzelkomponenten. Deshalb mein Rat: Auf Bausätze à la BdW-Shop (bspw. http://www.wissenschaft-shop.de/geschen ... chenk.html ) oder Kosmos (bspw. http://www.solarcosa.de/Shop/Kosmos_Bre ... cfm?id=284 ). Klar ist der Preis erstmal abschreckend. Aber man mus bedenken: der kW-Preis ist derzeit so grob 25k€. Je größer, je niedriger wird der Preis. Und bei den Bausätzen ist quasi Erfolgsgarantie vorhanden, was man bei Eigenbauten nicht so ohne weiteres gegeben ist. Der Kosmos-Kasten hat den Vorteil, dass man wirklich 'Einzelkomponenten' hat, welche sich ggf. austauschen lassen...


04.12.2008, 18:46
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Chemie Junior

Registriert: 23.11.2008, 23:04
Beiträge: 5
Beitrag 
also: erst mal danke an alle für die hilfe ^^

@Funktionskeramik ich denke du hast recht (mag wol daran liegen das das ich die erklärung von Dipl.Chem kaum verstanden habe ) aber für mich ist das wichtig das ich NUR eine Membranbekommen kann da ich alles selber herstellen möchte ist halt für ein referat

mfg. kimmoo


05.12.2008, 15:19
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Chemie Freak
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Beiträge: 778
Beitrag 
Für ein Referatsthema finde ich das aber etwas heftig, ein Brennstoffzelle (im Folgenden nur noch BZ) selbst zu basteln. Selbst für eine Niedertemperatur-BZ (Temps ~80°C) brauchst Du:
*gasdichtes Gehäuse, teilbar. Lässt sich aus PMMA oder Acryl machen. Das Problem sind nur die Gaskanäle. Müssen irgendwie reingefräst werden. Brauchst also ein Mechaniker.
* Dichtung. Gummi dürfte es tun. Evtl. aus einer Gummimatte (dünn!!) soweit ausschneiden, was Du brauchst.
* Membran. Entweder Du bastelst was Eigenes (wie bekommt Du die Folie hin? In der passenden Größe? Gasdichtigkeit?) oder versuchst, besagtes Nafion zu bekommen (DuPond?).
* Elektroden. Müssen gasdurchlässig sein. Kohlepapier kann, muss aber nicht funktionieren.
* Das übelste. Der Kat. Ohne geht bei der NiedertempBZ nix. Pt-Paste wäre i.O., je feiner das Pt, umso besser. Teilchengröße sollte kleiner 10 nm (!!) sein. Dafür brauchst Du pro cm² je Seite (Anode, Kathode) nur grob 1/2 g... Nebenbei 1g Pt kosten grob 25€...
* Stromsammler. Messingfolie? Cu-Folie?

Bei der Montage darauf achten, ja beide Gasräume sauber abzudichten. Und auf der Seite mit O2 bitte, bitte keine Fettreste etc. Teflonschläuche sind gasbeständig, wenn auch etwas teurer. Aber auch daran denken: Teflon ist für O2 nicht vollständig dicht!

Entmutigt?


05.12.2008, 18:58
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Chemie God
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Registriert: 08.09.2006, 22:26
Beiträge: 1281
Wohnort: Hannover
Beitrag 
wenns für ein Referat ist, wieso baust du die historische BZ nicht nach? Das ist mit ein paar Laborglasgeräten, notfalls würde es wohl auch Plexiglas tun, und zwei stückchen Platindraht leicht zu bewerkstelligen... wenns unbedingt eine PEM sein soll, na dann viel spass.

_________________
Das kann ja wohl nicht Warstein, da könnte ja Jever kommen, ich glaub bei mir Hakebeckst! Prost!
mfg Tobi


06.12.2008, 01:06
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