MINT üben

Brennstoffzellen

Wasserstoff, Methanol, Kalilauge: Brennstoffzellen in verschiedenen Varianten durchschaut.

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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
Der Stack im Wasserstoffbus
AFB II

Der Elektromotor eines Busses benötigt 450 V. Jede Brennstoffzelle liefert im Betrieb 0,75 V. Berechnen Sie.

Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt, negative Werte mit Minuszeichen.
  1. Zahl der Zellen in Reihe
  2. elektrische Leistung bei 200 A kW
  3. Spannung, wenn 20 Zellen ausfallen und überbrückt werden V
\(450/0{,}75 = 600\) Zellen; \(P = U\cdot I = 450\,\mathrm{V}\cdot 200\,\mathrm{A} = 90\,\mathrm{kW}\); \(580\cdot 0{,}75\,\mathrm{V} = 435\,\mathrm{V}\).
In Reihe addieren sich die Zellspannungen.
P = U · I.
A2
Mix: Wasserstoffverbrauch
AFB IIMix

Werten Sie den Wasserstoffverbrauch einer Brennstoffzelle, die eine Stunde lang \(100\,\mathrm{A}\) liefert (\(F = 96\,500\,\mathrm{C\,mol^{-1}}\); \(M(\ce{H2}) = 2{,}016\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\); je \(\ce{H2}\)-Molekül werden 2 Elektronen abgegeben). Wählen Sie bei jedem Schritt die richtige Karte.

Spielen Sie den Rechenweg Schritt für Schritt durch: Was passiert als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
    Q = 360 000 C → n(e⁻) ≈ 3,73 mol → n(H₂) ≈ 1,87 mol → m ≈ 3,76 g je Stunde. Typischer Fehler: mit der molaren Masse des Atoms (1,008 g/mol) statt des Moleküls zu rechnen (1,88 g).
    Von der Stromstärke über die Ladung und die Elektronen zur Stoffmenge und Masse.
    n(H₂) = 1,87 mol; m = 3,76 g.
    A3
    Wo passiert was in der PEM-Zelle?
    AFB I

    Ordnen Sie die Vorgänge einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran ein.

    Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
    1Anode (Minuspol)
    2Kathode (Pluspol)
    3Membran
    Anode: \(\ce{2 H2 -> 4 H+ + 4 e-}\); Kathode: \(\ce{O2 + 4 H+ + 4 e- -> 2 H2O}\). Die Membran ist Ionenleiter und Gastrennwand zugleich.
    Oxidation des Wasserstoffs an der Anode.
    Die Membran hat zwei Aufgaben.