Verschiedene Typen und Varianten der Brennstoffzelle
Erstellt am: 23.03.2010 | Stand des Wissens: 01.12.2023
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Aufbauend auf dem Prinzip der Brennstoffzelle sind eine Reihe verschiedener Typen und Varianten möglich. Eine Bezeichnung in Abhängigkeit des eingesetzten Elektrolyten hat sich dabei international durchgesetzt [OeFl01, S.39]. Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Typen, charakterisiert nach verwendetem Elektrolyt, der Betriebstemperatur, dem elektrischen Wirkungsgrad, dem Brenngas und den verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten:
Abb. 1: Verschiedene Typen der Brennstoffzelle [eigene Darstellung, basierend auf OeFl01, S. 39f; Gerl02, S.94; Stan05, S.281-282]Wie aus der Tabelle zu sehen, arbeiten die verschiedenen Typen bei unterschiedlichen Temperaturen. Die alkalische Brennstoffzelle (englisch Alkaline Fuel Cell, AFC) und die Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran (englisch Proton Exchange Membran Fuel Cell, PEM) gehören zu den Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen, Phosphorsäurebrennstoffzelle (englisch Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC) zu den Mitteltemperatur-Brennstoffzellen und Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (englisch Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) sowie die Festoxidbrennstoffzelle (englisch Solid Oxide Fuel Cell, SOFC zu den Hochtemperatur-Brennstoffstellen (vgl. OeFl01, S.40f; Geit04a, FG41f). Des Weiteren lassen sich Brennstoffzellen nach ihren verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten in drei Gruppen einteilen: stationär (Blockheizkraftwerke) [Kara03, S.88], portabel (zum Beispiel als Batterien in Handys), sowie mobil (vor allem als Antrieb jeglicher Fahrzeugarten, wie zum Beispiel Busse [Pehn02, S.57]).
Die Nutzung einer Brennstoffzelle stellt anspruchsvolle Anforderungen an den Fahrzeugantrieb. Aus der Vielzahl der verschiedenen Brennstoffzellenvarianten hat sich die PEM-Brennstoffzelle als Stromquelle für Elektrofahrzeuge gegenüber den anderen Brennstoffzellen-Typen durchgesetzt. Als wesentliche Vorteile gelten die Tatsachen, dass der benötigte Elektrolyt während des Betriebes nicht verbraucht wird sowie die hohe Dynamik über den gesamten Leistungsbereich vom Leerlauf bis zur Volllast. Zusätzlich vorteilhaft gelten die hohe Lebensdauer und die Möglichkeit, die PEM-Brennstoffzelle schnell an- und abzufahren [Gerl02, S. 97f.]. Das heißt, sie besitzen ein schnelles Regelverhalten, wo durch sie gut auf Lastsprünge reagieren können. Dieser Aspekt ist für die mobile Anwendung von großer Bedeutung.
