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Brennstoffzellentypen und ihr Entwicklungsstand

Brennstoffzellentypen

Man unterscheidet derzeit 6 verschiedene Brennstoffzellentypen. Sie werden in Abhängigkeit der Betriebstemperaturen und des Elektrolyten klassifiziert. Die Unterscheidung nach Betriebstemperaturen führt weiterhin zur Definition von Niedertemperatur- und Hochtemperatur-Brennstoffzellen.



(Quelle: EnergieAgentur.NRW)

Zu den Niedertemperatur-Brennstoffzellen zählen: 
  - die Alkalische Brennstoffzelle (AFC),
  - die Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC), 
  - die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) und  
  - die Phosphorsaure-Brennstoffzelle (PAFC),


Zu den Hochtemperatur-Brennstoffzellen zählen:
  - die Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC) und
  - die Oxidkeramische-Brennstoffzelle (SOFC).

Neben der oben genannten generischen Untergliederung der Brennstoffzellen, die für die Beschreibung des Zellstapels von wesentlicher Bedeutung ist, ist über die Anforderungen an die Systemtechnik die Unterscheidung in stationäre, portable und mobile Systeme relevant. Die Entwicklungen der PAFC, MCFC und SOFC zielen bis auf Ausnahmen auf die stationäre Energieversorgung. Die PEFC wird vorwiegend für mobile, aber auch für stationäre Anwendungen entwickelt. Die DMFC wird für den Antrieb entwickelt; sie hat aber auch ein besonders hohes Potential für portable Kleinanwendungen.

(Quelle: Forschungszentrum Jülich)

Im mobilen Bereich werden hinsichtlich der Leistungsdichte - sowohl massen- als auch volumenspezifisch - sehr hohe Anforderungen gestellt (etwa 0,5-1 kg/kW). Bei stationären Anlagen hingegen führt eine geringere Leistungsdichte der Anlage im wesentlichen nur zu höheren Materialkosten. Auch die Anforderungen an die Leistungsdynamik stationärer Anlagen sind geringer. Dafür werden aber eine um den Faktor 10 höhere Standzeit - etwa 50.000 h gegenüber 5.000 h - und damit eine um den Faktor 10 geringere Alterung gefordert.

Entwicklungsstand

Folgende Merkmale kennzeichnen die Brennstoffzelle und zeigen damit letztlich auch die Motive auf, bei der Energiewende zur umweltschonenden Energieversorgung auf die Brennstoffzelle zu bauen:

Vorteile:

Nachteile (zur Zeit):

Hoher Wirkungsgrad bei Voll- und (je nach Anwendung) bei Teillast

Hoher Investitionskosten

Gute Regelbarkeit

Betriebserfahrungen im Feldtest noch gering

Hohe Stromkennzahl und hoher elektrischer Wirkungsgrad

geringere Lebensdauer zu marktbeherrschenden Produkten (teilweise)

Gute Leistungserweiterung durch modularen Aufbau

Wenige Anbieter

Geringere Wartungsaufwand, dadurch geringere laufende Kosten



Geringe Schadstoff- und Lärmemissionen



Hohes Entwicklungspotenzial



Die genannten Nachteile dürften allerdings zukünftig aufgrund weiterer Entwicklungsfortschritte an Bedeutung verlieren. Vor allem bei den Investitionskosten wird mit einem deutlichen Rückgang zu rechnen sein, wenn die Systeme technisch optimiert sind und größere Stückzahlen produziert werden können. Zudem gibt es schon heute Anwendungen, bei denen Brennstoffzellen schon heute wirtschaftlich einegsetzt werden können.