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AB Brennstoffzelle 1 Lösungen
Chemie
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null© Westermann Gruppe
Die Brennstoffzelle
1 Bei der Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff
und Sauerstoff nicht direkt miteinander. Beide Stoffe sind durch eine Elektrolytmembran räumlich voneinander getrennt. Gleichzeitig dient diese Membran als Elektrolyt. Protonen können die Elektrolytmembran passieren und so vom Minuspol zum Pluspol wandern. Die Membranoberfläche ist auf beiden Seiten mit Elektrodenmaterial beschichtet, in dessen Poren sich der Katalysator befindet. An dieses Elektrodenmaterial werden von beiden Seiten die reagierenden Gase herangeführt. Die Elektroden sind über einen äußeren Leiter elektrisch verbunden.
2 a) Minuspol: 2 H 2 4 H+ + 4 e–
Pluspol: O 2 + 4 e– + 4 H+ 2 H 2 O b) Die Elektronen fließen vom Minuspol über den Verbraucher zum Pluspol.
3 Bei der Elektrolyse wird Wasser mithilfe von
Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Die Vorgänge an den beiden Elektroden sind die Umkehrung der Vorgänge, die an den Elektroden der Brennstoffzelle ablaufen. Am Minuspol bildet sich aus Wasser unter Elektronenaufnahme Wasserstoff, am Pluspol unter Elektronenabgabe Sauerstoff.
4 Die Lösung ist individuell zu bewerten.
Beispielhafte Argumente sind: Vorteile: Keine Freisetzung giftiger Gase, höherer Wirkungsgrad als Verbrennungs- motoren, Ausgangsstoffe können aus Luft und Wasser gewonnen werden. Nachteile: teuer in der Herstellung, Gewinnung von Wasserstoff benötigt viel Energie, kaum ausgebautes Tankstellennetz für Wasserstoff, der sichere Transport von Wasserstoff ist kostspielig.
5 Weitere Einsatzgebiete: Raumfahrt, Luftfahrt,
Schifffahrt, Militär, Blockheizkraftwerke, Notstromerzeuger, Mobiltelefone.
6 Minuspol: CH 3 OH + H 2 O 6 H+ + 6 e– + CO 2
Pluspol: 3 O 2 + 12 H+ + 12 e– 6 H 2 O Redoxgleichung: 2 CH 3 OH (g) + 3 O 2 (g) → 2 CO 2 (g) + 4 H 2 O (g)
