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Filter für Wasserstoff-Brennstoffzellen 

Die effektive Filtration spielt in verschiedenen industriellen Prozessen eine entscheidende Rolle, auch bei der Luftzuführung von Brennstoffzellen. Brennstoffzellen sind Systeme, die chemische Energie durch elektrochemische Reaktionen direkt in elektrische Energie umwandeln. Sie bestehen in der Regel aus einem Elektrolyten und zwei Elektroden, wobei der Brennstoff an der Anode oxidiert und das Oxidationsmittel (häufig Luftsauerstoff) an der Kathode reduziert wird.




Wie funktioniert ein Brennstoffzellenfilter innerhalb eines Brennstoffzellensystems?  

Entfernung von Verunreinigungen  

Brennstoffzellen sind empfindlich gegenüber Verunreinigungen und Schadstoffen in den Brennstoff- und Oxidationsmittelströmen. Selbst Spuren von Partikeln, Katalysatorgiften oder anderen Verunreinigungen können sich nachteilig auf die Leistung und Lebensdauer der Brennstoffzelle auswirken. Die Vakuumfiltration ist eine wirksame Methode zur Entfernung von feinen Partikeln und Verunreinigungen aus dem Brennstoff- und Oxidationsmittelstrom und sorgt für einen sauberen und reinen Strom, bevor dieser in die Brennstoffzelle gelangt.  


Elektrodenschutz

Die Elektroden in einer Brennstoffzelle enthalten häufig Edelmetallkatalysatoren, wie z. B. Platin. Verunreinigungen können diese Katalysatoren schädigen, was ihre Wirksamkeit verringert und zu einem Rückgang des Gesamtwirkungsgrads der Brennstoffzelle führt. Die Einlassfiltration hilft, die Elektroden zu schützen, indem sie Partikel und Verunreinigungen entfernt, die die katalytische Aktivität der Elektrodenoberflächen beeinträchtigen könnten.  

Verlängerte Lebensdauer


Die Aufrechterhaltung einer sauberen und reinen Umgebung innerhalb der Brennstoffzelle trägt zu ihrer langfristigen Zuverlässigkeit und Leistung bei. Die Vakuumfiltration hilft, die Ansammlung von Ablagerungen und Verunreinigungen zu verhindern, die die Komponenten der Brennstoffzelle im Laufe der Zeit beeinträchtigen könnten.  

 

Verbesserte Effizienz

Saubere Brennstoff- und Oxidationsmittelströme führen zu verbesserten elektrochemischen Reaktionen innerhalb der Brennstoffzelle. Dies kann zu einer höheren Energieumwandlungseffizienz, einer besseren Leistungsabgabe und einer insgesamt verbesserten Leistung führen.  


Verhinderung von Verstopfungen der Gas Diffusion Layer (GDL)  


Brennstoffzellen verwenden häufig eine Gasdiffusionsschicht, um den Fluss der Reaktanten zu den Elektroden zu erleichtern. Eine Verstopfung der GDL durch Partikel oder Verunreinigungen kann den Gasfluss behindern und zu Leistungseinbußen führen. Die Filtration trägt dazu bei, die Ansammlung von Partikeln in der GDL zu verhindern und einen reibungslosen und ungehinderten Fluss der Reaktanten zu gewährleisten.

Die Filtration ist in Brennstoffzellensystemen unerlässlich, um die Reinheit der Brennstoff- und Oxidationsmittelströme zu gewährleisten, empfindliche Komponenten zu schützen, die Effizienz zu steigern und die Lebensdauer der Brennstoffzelle zu verlängern. Sie spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Sauberkeit und Integrität der Brennstoffzellenumgebung und trägt so zu deren optimaler Leistung und Zuverlässigkeit bei.  

Häufig gestellte Fragen   

Was ist eine Brennstoffzelle?    

Eine Brennstoffzelle ist ein elektrochemisches Gerät, das chemische Energie durch eine Reaktion zwischen einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel direkt in elektrische Energie umwandelt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren verbrennen Brennstoffzellen keinen Kraftstoff. Stattdessen erzeugen sie Strom durch einen elektrochemischen Prozess, der im Allgemeinen effizienter ist und weniger Schadstoffe erzeugt.  

Zu den grundlegenden Komponenten einer Brennstoffzelle gehören:  

  • Anode: Die Elektrode, an der der Brennstoff (normalerweise Wasserstoff) oxidiert wird.  
     
  • Kathode: Die Elektrode, an der ein Oxidationsmittel (in der Regel Sauerstoff aus der Luft) reduziert wird.  
     
  • Elektrolyt: Eine Substanz, die es Ionen ermöglicht, sich zwischen Anode und Kathode zu bewegen. Es handelt sich in der Regel um ein protonenleitendes Material.  
     
  • Elektrochemische Reaktion: Die chemische Reaktion, die an der Anode und Kathode stattfindet und zur Erzeugung von elektrischer Energie führt.  
     
  • Protonen und Elektronen: Bei der elektrochemischen Reaktion bewegen sich Protonen (Wasserstoffionen) durch den Elektrolyten, während Elektronen durch einen externen Stromkreis fließen und einen elektrischen Strom erzeugen.  

Brennstoffzellen sind saubere und effiziente Energiequellen, da sie im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsprozessen Strom mit geringeren Emissionen erzeugen. Wasserstoff-Brennstoffzellen sind einer der gängigsten Typen, aber es gibt auch Brennstoffzellen, die andere Brennstoffe wie Erdgas oder Methanol verwenden. Sie kommen in verschiedenen Bereichen zum Einsatz, darunter im Verkehr (Brennstoffzellenfahrzeuge), bei der stationären Stromerzeugung und in tragbaren Geräten.   

 

Wie funktioniert eine Wasserstoff-Brennstoffzelle?    

Wasserstoff-Brennstoffzellen erzeugen Strom durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Das Grundprinzip des Betriebs einer Wasserstoff-Brennstoffzelle umfasst folgende Schritte  

  •  
    Zufuhr von Wasserstoff als Brennstoff:
    Wasserstoffgas (H2) wird der Anode (negative Elektrode) der Brennstoffzelle zugeführt.  
  • Elektrolyt: Brennstoffzellen haben einen Elektrolyten, bei dem es sich in der Regel um eine Polymermembran handelt. Der Elektrolyt lässt Protonen (H+-Ionen) hindurch, während er den Durchgang von Elektronen blockiert.   
  • Elektrochemische Reaktion an der Anode: An der Anode wird das Wasserstoffgas in Protonen und Elektronen gespalten.  
     
  • Elektronenfluss: Die Elektronen können nicht durch den Elektrolyten fließen. Stattdessen werden sie gezwungen, sich durch einen externen Stromkreis zu bewegen, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird, der zur Verrichtung von Arbeit verwendet werden kann, z. B. zum Antrieb eines Elektromotors.  
  • Elektrochemische Reaktion an der Kathode: An der Kathode (positive Elektrode) verbindet sich der Sauerstoff aus der Luft mit Protonen und Elektronen zu Wasser.  
  • Wasserproduktion: Das Nebenprodukt dieser elektrochemischen Reaktion ist Wasser (H2O), das normalerweise als Wasserdampf freigesetzt wird. Dies macht Wasserstoff-Brennstoffzellen zu einer sauberen Energiequelle, da ihre einzige direkte Emission Wasser ist.   
  • Gesamtreaktion: Die Gesamtreaktion einer Wasserstoff-Brennstoffzelle ist die Kombination aus Anoden- und Kathodenreaktion  

Der Wirkungsgrad von Wasserstoff-Brennstoffzellen kann hoch sein, und sie bieten den Vorteil, dass sie Strom ohne die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugen, so dass bei der Verwendung von reinem Wasserstoff keine Schadstoffemissionen entstehen. Zu den Herausforderungen gehören jedoch die Herstellung, die Lagerung und der Transport von Wasserstoff sowie die Kosten der Brennstoffzellentechnologie. Es werden derzeit Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt, um diese Herausforderungen zu bewältigen und den Einsatz von Wasserstoff-Brennstoffzellen in verschiedenen Anwendungsbereichen zu erleichtern.    

 

Kontaktieren Sie uns oder lesen Sie unserer blog für weitere Informationen über Kathodenluftfiltrationslösungen für Brennstoffzellen.

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