Streifen-Brennstoffzelle: Brennstoffzellen für die Energieerzeugung in kleinen portablen elektronischen Geräten

(f.l.t.r.) Dr. Roland Nolte, Dr. Angelika Heinzel

Dr. Angelika Heinzel (Spokesperson)
Dr. Roland Nolte

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg

Laptops und Camcorder benötigen viel Energie, die sie aus Akkus beziehen. Die aber sind rasch leer und müssen neu geladen werden.

Gibt es Alternativen, um tragbare elektronische Geräte längere Zeit mit Strom zu versorgen?

Die Alternative besteht in Brennstoffzellen. Angelika Heinzel und Roland Nolte entwarfen für diese Energiewandler eine besondere Bauform, die sie für den Einsatz in tragbaren Geräten tauglich macht. Angelika Heinzel leitet die Abteilung Chemische Energieverwandlung und Speicherung am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg, wo auch Roland Nolte tätig ist.

Saubere und effiziente Energie aus der Zelle

An Brennstoffzellen als elektrische Energiequelle für Autos, Kleinkraftwerke und portable Anwendungen wird seit etlichen Jahren geforscht. Denn sie gewinnen Strom durch eine sehr effiziente elektrochemische Umwandlung von Wasserstoff und Luftsauerstoff, bei der - neben Strom und Wärme - nur Wasser als Reaktionsprodukt erzeugt wird. Umweltschädlichen Emissionen entstehen nicht. Ein weiterer Pluspunkt ist der modulare Aufbau von Brennstoffzellen, durch den sie sich leicht auf eine fast beliebige Größen bringen lassen. Dazu kombiniert man mehrere Zellen miteinander.

Die übliche Bauweise einer Brennstoffzellen-Einheit ist ein Stapel, in dem die Einzelzellen hintereinander geschaltet sind. Dazwischen befinden sich bipolare Platten, die für den elektrischen Kontakt sorgen und die Reaktionsgase Wasserstoff und Sauerstoff über der gesamten Elektrodenfläche verteilen. Für hohe Leistungsdichten, wie man sie etwa in Elektroautos benötigt, ist dieser Aufbau optimal. Für die Nutzung in elektronischen Geräten ist er aber zu komplex. Deshalb haben die Freiburger Fraunhofer-Forscher dafür eine besser geeignete Konstruktionsvariante entwickelt: die Streifen-Brennstoffzelle.

Besonders flach und flexibel

Die Streifenzelle zeichnet sich durch eine besonders flache Bauart aus. Sie liefert die gleiche Spannung wie eine Brennstoffzelle in einem Stapel, doch es wird jede Zelleebene nur entweder mit Wasserstoff oder mit Luft versorgt. Das vereinfacht die Gasverteilung und ermöglicht eine hohe Flexibilität in der Gestalt. Der Rahmen der Zelle lässt sich einfache und aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff fertigen. Das ist die Voraussetzung für eine künftige preisgünstige Massenproduktion - und einen möglichen Ersatz von Batterien und Akkus in Laptops und Camcordern durch Streifen-Brennstoffzellen.

Für einen Laptop haben die Forscher bereits ein erstes praxistaugliches Labormodell gebaut. Es hat eine Leistung von 25 Watt. Den benötigten Wasserstoff bezieht die Brennstoffzelle von einem Speicher aus Metallhydrid. Zelle und Speicher sind kaum größer als die Batterie für den Laptop. Allerdings: Während die Batterie nur zwei bis drei Stunden durchhält, reicht der Wasserstoff für etwa zehn Stunden Dauerbetrieb.

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