Methanol, Hydrazin, Keramik — 30 Übungen zu Zellen, die Brennstoff direkt in Strom verwandeln.
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Übungsaufgaben
Dreißig Aufgaben, bunt gemischt — zum Klicken, Ziehen, Zuordnen, Rechnen und Knobeln. Jede Übung gibt Ihnen sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen Ihnen die gestuften Tipps. Die Chips zeigen das Anforderungsniveau: AFB I heißt wiedergeben und direkt anwenden, AFB II heißt selbst entscheiden und verknüpfen, AFB III heißt begründen, beurteilen oder eine Falle durchschauen. Mix verbindet Wissen aus mehreren Unterkapiteln, Trick warnt: Hier steckt eine Falle drin. Der Balken oben zeigt Ihnen, wie viele der 30 Aufgaben Sie schon gelöst haben.
A1
Messreihe eines Brennstoffzellen-Stacks
AFB II
Interpretieren Sie die Messreihe: Ergänzen Sie die fehlenden Werte der abgegebenen Leistung \(P = U \cdot I\) bzw. der fehlenden Größe.
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Messung
U in V
I in A
P in W
Messung 1
0,80
5,0
Messung 2
0,70
7,0
Messung 3
20
12
Messung 4
0,50
30
P = U · I: Messung 1: 0,80 V · 5,0 A = 4,0 W; Messung 2: I = P : U = 7,0 W : 0,70 V = 10 A; Messung 3: U = P : I = 12 W : 20 A = 0,60 V; Messung 4: 0,50 V · 30 A = 15 W. Die Zellspannung sinkt mit steigender Stromstärke. Typischer Fehler: P = U : I zu rechnen.
Stellen Sie P = U · I nach der gesuchten Größe um.
4,0 W; 10 A; 0,60 V; 15 W.
A2
Kennzahlen der Brennstoffzelle
AFB I
Geben Sie die gesuchten Werte und Stoffe für die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle an. Wählen Sie in jedem Menü einen Eintrag.
Wählen Sie in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.
Größe
Angabe
Theoretische Zellspannung
Spannung einer Zelle im Betrieb
Elektronen je H₂-Molekül an der Anode
Katalysator an den Elektroden
Die theoretische Zellspannung ergibt sich aus 1,23 V − 0,00 V = 1,23 V, im Betrieb liegen etwa 0,6 bis 0,8 V an. Ein H₂-Molekül gibt 2 Elektronen ab (H₂ → 2 H⁺ + 2 e⁻). Als Katalysator dient Platin. Typischer Fehler: 4 Elektronen je H₂ zu wählen, weil die Gleichung mit 2 H₂ vier Elektronen zeigt.
Denken Sie an die Standardpotenziale und die Teilgleichung der Anode.
1,23 V; 0,6 bis 0,8 V; 2 Elektronen; Platin.
A3
Die PEM-Zelle im Schema
AFB I
Lesen Sie am Schema einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle ab, welches Bauteil die gesuchte Rolle hat. Links wird Wasserstoff, rechts Sauerstoff zugeführt; klicken Sie nacheinander die gesuchten Teile an.
Klicken Sie das gesuchte Feld an. Mit der Tastatur: Tab oder Pfeiltasten zum Wandern, Enter zum Auswählen.
Wasserstoff strömt links vorbei und wird an der Anode oxidiert; die H⁺-Ionen wandern durch die Membran (Protonenaustauschmembran), die Elektronen durch den Motor. Rechts wird Sauerstoff an der Kathode reduziert. Typischer Fehler: die Membran für Elektronen durchlässig zu halten; sie lässt nur H⁺ durch.
Links wird H₂ zugeführt, rechts O₂. In der Mitte liegt die Trennschicht.
Membran: nur H⁺. Kathode: rechts, O₂ wird reduziert. Anode: links, H₂ wird oxidiert. Motor: nutzt die Energie.
