Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Heim » Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC)

Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC)

1960
  • Willard Thomas Grubb
  • Leonard Niedrach
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle im Labormaßstab, die Energieumwandlungstechnologie demonstriert.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Eine Protonenaustauschmembran Brennstoffzelle PEMFCs nutzen eine feste Polymermembran, beispielsweise Nafion, als Elektrolyt. Diese Membran leitet selektiv Protonen (H⁺) von der Anode zur Kathode. PEMFCs arbeiten bei niedrigen Temperaturen (typischerweise 50–100 °C), was einen schnellen Start und eine kompakte Bauweise ermöglicht. Sie benötigen hochreinen Wasserstoff als Brennstoff, um eine Vergiftung der platinbasierten Katalysatoren zu vermeiden.

The heart of the PEMFC is the membrane electrode assembly (MEA), which consists of the proton-exchange membrane sandwiched between two catalyst-coated electrodes. At the anode, hydrogen gas is split into protons and electrons: [latex]H_2 \rightarrow 2H^+ + 2e^-[/latex]. The solid polymer membrane, which is an electrical insulator, allows only the protons to pass through to the cathode. The electrons are forced to travel through an external circuit, generating the electrical current. At the cathode, oxygen from the air, the protons from the membrane, and the electrons from the external circuit combine to form water: [latex]O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O[/latex].

A critical aspect of PEMFC operation is water management. The membrane must remain hydrated to maintain its proton conductivity, but excess water at the cathode (product water) can block the flow of oxygen to the catalyst sites, a phenomenon known as ‘flooding’. The low operating temperature makes PEMFCs susceptible to catalyst poisoning, particularly from carbon monoxide (CO) present in reformed hydrogen, which binds strongly to the platinum catalyst sites. This necessitates the use of very pure hydrogen fuel, increasing operational costs.

UNESCO Nomenclature: 3305
Energietechnologie

Typ

Physikalisches Gerät

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Erfindung der Brennstoffzelle durch William Grove (1838)
  • Entwicklung der ersten Ionenaustauscher-Polymermembran, Nafion, durch Walther Grot bei DuPont (Ende der 1960er Jahre)
  • Forschung zu den katalytischen Eigenschaften von Platin

Anwendungen

  • Antriebssysteme für Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEVs) wie den Toyota Mirai und den Hyundai Nexo
  • Notstromaggregate für kritische Infrastrukturen
  • tragbare Stromgeneratoren für Freizeit- und Militärzwecke
  • Materialtransportfahrzeuge wie Gabelstapler
  • Energiequellen für das Gemini-Raumschiff der NASA

Patente:

  • US2913511A (Willard T. Grubb, 1959)

Potenzielle Innovationsideen

Aufgrund des hohen Datenverkehrs durch Web-Scraping-Bots, der derzeit mehr als 40.000 Anfragen pro Tag umfasst, ist dieser Inhalt ausschließlich Community-Mitgliedern vorbehalten.
> Anmelden < oder > Registrieren < (100% kostenlos) Zugriff darauf sowie auf alle anderen eingeschränkten Inhalte und Tools.

Verwandt mit: PEFC, Protonenaustauschmembran, Nafion, Katalysator, Platin, Wasserstoffbrennstoff, Membran-Elektroden-Einheit, Niedertemperatur, Automobilindustrie, General Electric.

Historischer Kontext

Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC)

1960
1960
1960
1960
1962
1964
1970
1960
1960
1960
1960
1960
1963
1965-12-21
1970

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

Verwandte Erfindungen, Innovationen und technische Prinzipien

Bilder in voller Größe und Downloads sind nur für registrierte Mitglieder 100% kostenlos verfügbar.

> Login <