Streifen-Brennstoffzelle

Dr. Angelika Heinzel

23.04.1955

geboren in Delmenhorst

1962 – 1974

Schule, Abitur in Delmenhorst

1974 – 1978

Studium der Chemie an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster

1978 – 1981

Studium der Chemie an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

1980

Diplom

1981 – 1985

Promotionsstudiengang an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg

1985

Promotion

1980 – 1981

Wissenschaftliche Angestellte an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

1981 – 1985

Wissenschaftliche Angestellte an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg

seit 1985

Wissenschaftliche Angestellte am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Abteilung „Chemische Energieverwandlung und Speicherung“, Freiburg

seit 1990

Gruppenleiterin Elektrochemie/Brennstoffzellenentwicklung am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg

seit 1997

Leitung der Abteilung am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg

Dr. Roland Nolte

24.04.1959

geboren in Braunschweig

1978

Schule in Braunschweig, Gymnasium „Martino Katharineum“

1986

Studium der Chemie an der Universität Bayreuth und der Technischen Braunschweig

1989

Promotion an der Technischen Universität München

1998

Adam Opel AG, Global Alternative Propulsion Center

Projektsprecherin:

Dr. Angelika Heinzel
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
Oltmannstraße 5
79100 Freiburg
Tel.: +49 (0) 761 / 45 88 194
Fax: +49 (0) 761 / 45 88 320
E-Mail: Heinzel@ise.fhg.de

Pressekontakt:

Karin Schneider M.A.
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
Oltmannstraße 5
79100 Freiburg
Tel.: +49 (0) 761 / 45 88 147
Fax: +49 (0) 761 / 45 88 342
E-Mail: kschneid@ise.fhg.de

Brennstoffzellen als Energiewandler sind derzeit für stationäre, mobile und portable Anwendungen in der Entwicklung. In dem emissionsfreien und sehr effizienten elektrochemischen Umwandlungprozess von Wasserstoff und Luftsauerstoff in das Reaktionsprodukt Wasser werden Strom und Wärme erzeugt. Ein weiterer Vorteil neben Umweltverträglichkeit und Effizienz ist der modulare und sehr leicht skalierbare Aufbau von Brennstoffzellen. Die Zahl der in Serie verschalteten Zellen bestimmt die Spannung, die Fläche der Zellen den entnehmbaren Strom.

Die übliche Bauweise einer Brennstoffzelle ist die Stapelkonstruktion, eine Vielzahl von Einzelzellen wird durch bipolare Platten in Serie verschaltet. Diese bipolaren Platten sorgen für den elektrischen Kontakt und verteilen die Reaktionsgase über der gesamten Elektrodenfläche. Dieser recht komplexe Aufbau ist für hohe Leistungsdichten, wie sie etwa für elektrisch angetriebene Autos benötigt werden, die beste Lösung. Im Bereich portabler Systeme kleiner Leistung bietet sich jedoch eine andere Konstruktionsvariante an, die Streifen-Brennstoffzelle.

In besonders flacher Bauweise kann in der Streifenzelle die gleiche Ausgangsspannung erreicht werden wie in einem Zellstapel, ferner wird nur eine Ebene mit Wasserstoff und eine Ebene mit Luft versorgt, so dass die Gasverteilung ebenfalls vereinfacht ist. Neben einer großen Flexibilität in der Geometrie - auch mehrere Streifenzellen lassen sich wiederum zu einem Stapel kombinieren - ermöglicht diese Konstruktionsweise, dass die Zellrahmen deutlich einfacher und aus einem nichtleitenden Kunststoff gefertigt werden können. Somit wird für ein zukünftiges Produkt billige Massenproduktion möglich und die Streifenzelle kann zukünftig Batterien in vielen portablen elektronischen Geräten ersetzen. Sie hat damit ein Marktpotential in Milliardenhöhe.

Für das Beispiel eines Laptops wurde bereits 1998 ein Labormodell konstruiert und vorgestellt. Die Brennstoffzelle hat eine Leistung von etwa 25 W und ist bestückt mit Membranen, der Wasserstoffspeicher hat eine Kapazität von 400 Wh. Diese Menge an Wasserstoff, etwa 130 l, sind in einem Metallhydridmaterial gespeichert. Beide Komponenten sind in diesem Modell fast nur noch so groß wie die Batterie für den Laptop. Der Wasserstoff reicht allerdings für 10 Stunden Betrieb statt der 2 - 3 Stunden Betriebszeit mit der Batterie. Wenn die beste Batterie, die allerdings relativ teure Li-Ionen-Batterie, als Vergleich herangezogen wird, kann für das Brennstoffzellensystem schon heute eine höhere Energiedichte pro Volumeneinheit realisiert werden. Die lange Lebensdauer und gute Recyclingkonzepte bieten einen weiteren Vorteil gegenüber Batterien.

Die bislang gebauten Prototypen dienten als Demonstrationsobjekte, um Firmen für eine Weiterentwicklung der Streifenmembranbrennstoffzelle zu interessieren. Marktpotential, Umweltvorteile und Energiedichte sind positiv zu bewerten.

Das Entwicklungspotential ist noch groß, eine Miniaturisierung aller Komponenten steht als nächste Herausforderung zur Realisierung an.

Informationen und Kontakt zum Deutschen Zukunftspreis unter:

Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.