Brennstoffzellentypen im Überblick - Arten & Einsatzbereiche | Kesselheld

Brennstoffzellentypen im Überblick – Arten & Einsatzbereiche

brennstoffzellentypen
Alle Brennstoffzellentypen basieren auf elektrochemischen Reaktionen beim Zusammentreffen von Wasserstoff und Sauerstoff. Es entstehen Wärmeenergie und Wasserdampf. Welche Brennstoffzellentypen es gibt sowie deren Einsatzgebiete.

Sie interessieren sich für die grundlegende Funktionsweise sowie Vor- und Nachteile dieses Energieerzeugers? Weitere Informationen erhalten Sie in unserem Ratgeber für Brennstoffzellenheizungen.

Übersicht der Brennstoffzellentypen

Brennstoffzellenart

Elektrolyt

Brennstoff

Wirkungsgrad in %

Alkalisch (AFC) KOH Wasserstoff; Sauerstoff 40-60
Membran (PEMFC) H3O+ Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe wie Erdgas; Sauerstoff oder Luft 35-60
Direkt-Methanol (DMFC) H+ Methanol; Sauerstoff oder Luft 40
Phosphorsäure(PAFC) H3O+ Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff; Sauerstoff oder Luft 38-40
Carbonatschmelzen (MCFC) H3O+ Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff; Sauerstoff oder Luft 48-70
Oxidkeramisch (SOFC) O2- Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff; Sauerstoff oder Luft 47-70

Die Abkürzung „FC“ am Ende der Abkürzung eines jeden Typen steht für das englische Wort Fuel Cell, welches übersetzt Brennstoffzelle bedeutet.

Brennstoffzellentypen im Detail

1. AFC

Bei der alkalischen Brennstoffzelle handelt es sich um eine Niedertemperatur Gerät. Bei 20° bis 60° C erreicht sie einen Wirkungsgrad von 60 bis 70 Prozent. Als Reaktionsstoffe werden Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt. Beide Betriebsstoffe müssen von extremer Reinheit sein und sind demzufolge sehr teuer. Zum Einsatz kommen diese Brennstoffzellen vorwiegend bei Militär und Raumfahrt.

2. PEMFC

Die Membran Brennstoffzelle ist, abhängig vom benutzen Elektrolyt, sowohl als Nieder- (20° – 80°) wie als Hochtemperatur PEMFC (130° – 200°) einsetzbar. Die Kathode wird mit Sauerstoff, die Anode mit Wasserstoff oder Kohlenwasserstoff versorgt. Der Wirkungsgrad liegt zwischen 40 und 60 Prozent. Der hohe Wirkungsgrad sowie das ausgezeichnete Kaltstartverhalten sind die Stärken der Membran Zelle. Zum Einsatz kommen PEM im Autobau, der Raumfahrt, als mobile Stromquelle und zur Hausenergieversorgung.

3. DMFC

Direkt Methanol Brennstoffzelle verwenden neben Platin auch Ruthenium für den Katalysator. Als Brennstoff wird Methanol genutzt. Die DMFC erreicht einen Wirkungsgrad von 20 bis 30 Prozent. Das große Plus der DMFC liegt in der sehr nutzerfreundlichen Handhabung des Methanols im Vergleich zu gasförmigen Brennstoffen. Ein Methanol Gerät wird überwiegend als Ersatz für Batterien eingesetzt und als zuverlässige Stromquelle für Laptop, Smartphone oder Digitalkamera genutzt.

4. PAFC

Die Phosphorsäure-Brennstoffzelle erzielt im mittleren Temperaturbereich einen Wirkungsgrad von etwa 50 Prozent. Die PAFC arbeitet mit Wasserstoff oder Kohlenwasserstoff und nutzt Luftsauerstoff als Brennstoff. Als Elektrolyt kommt hochkonzentrierte Phosphorsäure zum Einsatz. Diese Brennstoffzelle wird überwiegend stationär beispielsweise in Blockheizkraftwerken eingesetzt und als Brennstoffzellenheizung bezeichnet.

5. MCFC

Carbonatschmelzen-Brennstoffzellen arbeiten bei Temperaturen zwischen 620 und 660° C und erreicht hier einen Wirkungsgrad von bis zu 60 Prozent. Als Elektrolyt wird eine Alkalicarbonatschmelze verwendet und als Brennstoff kommen neben Wasserstoff auch Erd- oder Butangas zum Einsatz. Verwendung findet die MCFC hauptsächlich in Blockheizkraftwerken.

6. SOFC

Die oxidkeramische Brennstoffzelle gehört mit 800°C bis 1000° C zu den Hochtemperatur Zellen mit einem Wirkungsgrad um die 60 Prozent. Da neben Wasserstoff auch Kohlenwasserstoffe verwendet werden, steht eine große Auswahl an Brennstoffen zur Verfügung. Die hohen Betriebstemperaturen erfordern lange Anlaufzeiten und setzen den Einsatz hitzebeständiger Materialien voraus. SOFC werden vorwiegend für Blockheizkraftwerke und für die Hausenergieversorgung genutzt.