Wissen / Brennstoffzelle     

Vergleich AFC - PEM
Bei Überlegungen hinsichtlich der Weiterentwicklung von Wasserstofftechniken stellt sich die Frage, ob der wasserstoffbetriebene Verbrennungsmotor oder die Brennstoffzelle die beste Lösung für die Probleme darstellt. In Bezug auf die Brennstoffzelle muss jedoch unterschieden werden, welcher Typ am ehesten geeignet ist für die mobile Anwendung. Deswegen soll die nachstehende Gegenüberstellung zwischen der alkalischen Brennstoffzelle und der PEM die jeweiligen Vor- und Nachteile verdeutlichen.
Um den Rahmen nicht zu sprengen wird bei der Diskussion lediglich auf die Punkte eingegangen, die für den mobilen Einsatz relevant sind.
 

Vergleich AFC und PEM: charakteristische Unterschiede

AFC
+ geringe Überspannung der Sauerstoffreduktion
+ hohe spezifische Leitfähigkeit des Elektrolyten
+ preisgünstige Materialien (Kunststoffe) verwendbar
+ einfache Herstellungstechniken ermöglichen Kostensenkung
+ keine Edelmetalle notwendig
- flüssiger, alkalischer Elektrolyt
- Dichtungstechnik BZ-Block / Elektrolytkreis aufwendiger
- Separator als Elektrolytmatrix erforderlich
- bei Luftbetrieb CO2-Abreicherung oder Adsorption notwendig

PEM
+ geringe Überspannung der Wasserstoffoxidation an Platin-aktivierten Anoden
+ Dünnschichtstrukturen ermöglichen hohe Leistungsdichten
- Membrankosten sehr hoch
- Edelmetallkatalysatoren nicht zu substituieren, deswegen teuer
- Herstellungstechnik der Elektroden / Membran-Strukturen aufwendig
+ CO2 inerter Elektrolyt
- sorgfältige Kontrolle der Wassergleichgewichte / Gradienten in Membran und Gaskreislauf notwendig
+ Elektrolytmembran gleichzeitig Gas-Separator+ Festelektrolyt; kein Elektrolytkreislauf
- Sauerstoffreduktion und Kathodenpermeabilität begrenzen Kinetik

Quelle: ZSW, DLR, LBST, "Bedeutung, Einsatzbereiche und technisch-ökonomische Entwicklungspotentiale von Wasserstoffnutzungstechniken", Band I: Energetische Nutzungstechniken, März 1992, Stuttgart

Ein grosser Vorteil der PEM gegenüber anderen Brennstoffzellen ist die hohe Leistungsdichte, die eine kompakte Bauweise ermöglicht. Die AFC weist zwar eine hohe spezifische Leistungsfähigkeit auf, dies reicht jedoch noch nicht, um klein bauen zu können. Für Busse wird sie jedoch bereits verwendet. Dazu kommt, dass die Elektrolytmembran zwei Funktionen bei der PEM übernimmt: sie ist gleichzeitig der Gasseparator, wobei bei anderen Typen z.B. eine Elektrolytmatrix notwendig ist.
Zudem ist der Elektrolyt ein Festmaterial und bedarf so keines separaten Flüssigkeitskreislaufes.
Demgegenüber stehen hohe Material- und Herstellungskosten, da Edelmetalle benötigt werden und die Technik für den Bau der Elektroden/Membran-Struktur relativ aufwendig ist.

Diese Informationen stammen aus den Jahren 1998/1999. Aktuellere Daten finden Sie in Büchern, die im Hydrogeit-Shop angeboten werden.