Die Brennstoffzelle kehrt den Prozeß der Elektrolyse um. Wasserstoff und Sauerstoff werden unter Freisetzung elektrischer Energie direkt zu Wasser umgesetzt. Besonderes Merkmal der PEM-Brennstoffzelle ist eine protonenleitende Membran, beidseitig mit einem Katalysator beschichtet, an der die chemische Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff stattfindet.


Das Brennstoffzellensystem vor dem Einbau

Innerhalb der Gruppe der verschiedenen Brennstoffzellentypen nehmen PEM-Brennstoffzellen eine wichtige Rolle ein. Sie sind für mobile Systeme in besonderem Maße geeignet. Sie bieten folgende Vorteile:

  • effiziente Energieausnutzung (hohe Wirkungsgrade)
  • hohe Leistungs- und Energiedichten
  • geräuscharm und vibrationsfrei
  • niedrige Betriebstemperatur (60-80 °C)
  • hohe Lebensdauer
  • Wasserstoff - Luftbetrieb
  • kurze Startzeiten

Der schematische Aufbau einer PEM-Brennstoffzelle sieht wie folgt aus:

Die Umsetzung von Wasserstoff erfolgt in folgenden Schritten: (Schritte siehe Animation unten)

Schritt 1
Die in zwei Kreisläufen getrennten Gase Sauerstoff und Wasserstoff wandern vom Gasraum in den Katalysator.
Schritt 2
Die Wasserstoffmoleküle (H2) werden durch den Katalysator in zwei H+ Atome (Protonen) gespalten. Dabei gibt jedes Wasserstoffatom sein Elektron ab.
Schritt 3
Die Protonen wandern durch den Elektrolyten (Membran) zur Kathodenseite.
Schritt 4
Die Elektronen treten in die Anode ein und bewirken so einen elektrischen Stromfluß, der einen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt.
Schritt 5
Jeweils vier Elektronen an der Kathode rekombinieren mit einem Sauerstoffmolekül.
Schritt 6
Die nun entstandenen Sauerstoff-Ionen sind negativ geladen und wandern zu den positiv geladenen Protonen.
Schritt 7
Die Sauerstoff-Ionen geben ihre beiden negativen Ladungen an zwei Protonen ab und oxidieren mit diesen zu Wasser