Funktionsweise einer Brennstoffzelle

Am Beispiel der oxidkeramischen Brennstoffzelle wird die Funktion der Brennstoffzelle deutlich (Bild oben): In dieser Zelle wird eine Zirkondioxid-Keramik als fester Elektrolyt verwendet, die bei Temperaturen oberhalb von 650 °C Sauerstoffionen leitet. Diese Ionen werden unter Elektronenaufnahme an der Kathode gebildet und wandern durch das Elektrolyt zur Anode. Hier reagieren sie mit den Wasserstoffionen, die unter Elektronenabgabe aus dem zugeführten Wasserstoff entstanden sind, zu Wasser. Durch die Verbindung der beiden Elektroden über einen äußeren Leiterkreis kommt es zu einem Stromfluß. Die Reaktionen sind stark exotherm, so dass neben der elektrischen Energie auch Wärme entsteht, die genutzt werden kann. Die von einer Zelle gelieferte Spannung beträgt ungefähr 1 V. Deshalb werden die Zellen in einem Brennstoffzellenstapel (Bild unten), dem sogenannten Stack, in Reihe zusammengeschaltet, um eine höhere Gesamtspannung zu erreichen. Neben den eigentlichen Zellen beinhaltet der Stack auch eine Kühleinheit, die nach jeweils 4 bis 5 Einzelzellen die Überschußwärme abführt und die bipolare Platte, die sowohl für die elektrische Verbindung benachbarter Zellen, als auch für eine Trennung der zugeführten Luft- und Brennstoffströme sorgt.