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Brennstoffzellen erzeugen elektrischen Strom mittels chemischer Reaktionen. Beim namensgebenden Brennstoff kann es sich um Alkohol, Benzin oder Methan handeln, doch die Brennstoffzellen in der Raumfahrt und anderen speziellen Anwendungsbereichen verwenden Wasserstoff zur Stromerzeugung, da er mit Sauerstoff reagiert, und da lediglich Wasser als Abfallprodukt entsteht. Um die Funktionsweise solcher Brennstoffzellen nachzuvollziehen, kannst du dir aus Alltagsgegenständen selbst eine basteln! Lies hier, wie du deine eigene simple Brennstoffzelle herstellen kannst:
Vorgehensweise
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Schneide zwei 15 Zentimeter lange Stücke aus Platin-Draht oder platiniertem Draht. Den bekommst du in jedem ordentlichen Elektroladen oder Fachmarkt. Normaler elektrischer Draht ist kein Platin-Draht.
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Wickle die Drahtstücke jeweils um einen dünnen Stift herum, um Metallspulen aus ihnen zu formen. Sie stellen nachher die Elektroden der Brennstoffzelle dar.
- Als Wickelstift empfiehlt sich ein längerer Nagel, ein Kleiderbügelhaken oder eine Fahrradspeiche.
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Halbiere die Verbindungsdrähte einer 9-Volt-Block-Kontaktlasche. Diese Kontaktlaschen findest du in altem Elektrospielzeug, in manchen Fernbedienungen, Taschenlampen und anderen Geräten. Stell aber sicher, dass das Gerät nicht mehr verwendet wird, ehe du die Kontaktlasche abschneidest. Du kannst allerdings auch eine als Bauteil im Elektroladen kaufen.
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Entferne die Isolierung von den freien Enden der vier Kontaktlaschen-Drahtstücke.
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Verbinde die blanken Drahtenden mit den Platinspulen. Wickle dazu jeweils die Drahtenden um das eine Ende der Platinspulen, sodass die Spiralen selbst unbedeckt bleiben.
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Klebe die Spulen an den verbundenen Enden mittels Klebeband an einem Holzstäbchen wie etwa einem Eisstiel fest. Die Spulen müssen dann in einer Richtung vom Stiel abstehen.
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Lege den Stiel auf den Rand von einem Wasserglas, sodass die Spulen fast komplett ins Wasser getaucht sind. Achte jedoch darauf, dass nur die Spulen Kontakt zum Wasser haben!
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Verbinde die freien Drahtenden der mit den Spulen verbundenen Drahtstücke mit einem Voltmeter. Am Voltmeter kannst du nachher genau ablesen, wie viel elektrische Spannung deine Brennstoffzelle erzeugt. Der rote Draht gehört an den Pluspol des Voltmeters, der schwarze Draht an den Minuspol.
- Es kann sein, dass das Voltmeter sofort eine minimale Spannung von zirka 0,01 Volt anzeigt, aber das kannst du getrost ignorieren.
- Du kannst stattdessen auch eine kleine Taschenlampenglühbirne oder eine LED (Licht-emittierende Diode) anschließen.
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Lege an die Kontaktlasche ein bis zwei Sekunden lang einen 9-Volt-Block an. Die Batterie dient nur dazu, den chemischen Prozess anzustoßen, bei dem sich der benötigte Wasserstoff in den Wassermolekülen vom Sauerstoff trennt. Dann entstehen an den Spulen kleine Gasbläschen. Dieser Vorgang wird als „Elektrolyse“ bezeichnet. Das Wasser stellt dabei das „Elektrolyt“ dar.
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Leg nun die Batterie beiseite. Der freigesetzte Wasserstoff verbindet sich nun allmählich wieder mit dem Sauerstoff zu Wassermolekülen, wobei elektrische Energie freigesetzt wird. Das Platin in den Drähten dient hierbei als Katalysator, um diesen Vorgang zu beschleunigen.
- Anfangs kannst du vielleicht eine Spannung von bis zu zwei Volt messen. Dieser Wert wird aber schnell und dann immer allmählicher abnehmen, während die Wasserstoff-Bläschen langsam wieder verschwinden. Entsprechend leuchtet die Glühbirne oder LED anfangs kräftig, wird dann aber schnell und dann immer langsamer matter.
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Tipps
- Einzelne Brennstoffzellen produzieren nur ganz wenig Elektrizität – genauso wie deine eigene Test-Zelle. Darum sind industrielle Brennstoffzellen eigentlich aus ganz vielen Einzelzellen aufgebaut. So, wie auch Comte Alessandro Volta im Jahr 1800 die allererste Batterie gebaut hat.
- Statt Wasser verwenden industrielle Brennstoffzellen wie die im Apollo-Raumfahrtprogramm Kaliumhydroxid als Elektrolyt. Oder auch Phosphorsäure, heißes, flüssiges Natrium- oder Magnesiumcarbonat oder spezielle Polymere. Die Energie-Effizienz reicht von 40 bis zu 80 Prozent, je nach Elektrolyt und Bauart.
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Warnungen
- Während deine Brennstoffzelle in Betrieb ist, solltest du offene Flammen oder starke Hitzequellen davon fernhalten. Zwar entsteht hierbei nur ganz wenig Wasserstoff, doch handelt es sich dabei um ein hochentzündliches Gas!
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Was du brauchst
- Platin-Draht oder platinierter Nickel-Draht
- Einen dünnen Metallstift (einen längeren Nagel oder eine Fahrradspeiche oder ähnliches)
- Ein Holzstäbchen, z.B. einen Eisstiel
- Einen 9-Volt-Block
- Eine 9-Volt-Block-Kontaktlasche
- Klebeband
- Ein Glas Wasser
- Ein Voltmeter (oder eine Taschenlampenbirne oder LED)
Referenzen
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