Bændselsceller

Brændselsceller fungerer i princippet som et batteri ved at omdanne brændstof og luft direkte til elektricitet, varme og vand i en elektrokemisk proces.

Brændselsceller omdanner brændstof og luft direkte til elektricitet, varme og vand i en elektrokemisk proces. I modsætning til almindelige forbrændingsmotorer brænder de ikke brændstof af for at bevæge stempler og aksler. Brændselsceller kan derfor opnå en højere effektivitet uden skadelige forbrændingsprodukter.

En brændselscelle fungerer i princippet som et batteri. Brændselscellen omdanner brændstof og luft direkte til elektricitet i en elektrokemisk proces. I modsætning til et batteri aflades brændselscellen ikke under brug, fordi den forsynes løbende med brændstof og luft i takt med den elektricitet, den producerer.

Der er flere forskellige typer brændselsceller, men de er alle opbygget efter samme grundprincip. De består af to elektroder (en negativ anode og en positiv katode) adskilt af en elektrolyt. Brint ledes henover anoden og luft henover katoden. I en type af brændselsceller omdannes brint elektrokemisk på anoden til elektroner og brintioner. Brintionerne vandrer gennem elektrolytten over til katoden samtidig med at elektroner løber som elektrisk strøm gennem ledningen mellem de to elektroder over til katoden. Her reagerer de med luftens ilt og danner vand og varme.

IRD beskæftiger sig med to teknologier: brint polymerelektrolytmembran brændselsceller (PEMFC) og direkte metanol brændselsceller (DMFC).

PEMFC

Brint polymerelektrolytmembran brændselscellen (PEMFC) producerer elektricitet med en virkningsgrad >50%. Det eneste biprodukt er vand. Den protonledende polymerelektrolyt er en perflourineret ionbyttermembran. Elektroderne består af platin katalysatorpartikler lagt på et kulfiberbaseret substrat.

Den spænding, der dannes af en enkelt PEMFC brændselscelle, er normalt mellem 0,5-1,0 volt. Jo højere belastning, jo lavere spænding. I de enkelte anvendelser opnås det rette spændingsniveau (f.eks 12V, 24V eller 48V) ved at serieforbinde et antal celler til en stak. Serieforbindelsen laves af grafitbaserede bipolære plader, som forbinder de enkelte celler elektrisk. Pladerne er  udstyret med kanaler, der samtidig bruges til at forsyne de enkelte celler med henholdsvis brint og ilt.

Direkte metanol brændselscelle (DMFC)

En DMFC brændselscelle omdanner metanol og ilt til elektricitet, varme, kuldioxid og vand i en elektrokemisk proces.

Den fungerer på samme måde som en polymerelektrolytmembran brændselscelle (PEMFC) med den forskel, at det er metanol og vand, der omdannes elektrokemisk til protoner, elektroner og kuldioxid på anoden (negative elektrode). Disse reaktioner kræver en særlig platin/ruthenium katalysator på et kulfibersubstrat.

Protonerne vandrer gennem polymerelektrolytmembranen til katoden (positiv elektrode), mens elektronerne vandrer som strøm i det eksterne kredsløb. På katoden reagerer elektroner, protoner og ilt til vand, elektricitet og varme. Reaktionen på katoden er den samme som i PEMFC.

Den spænding der dannes af en enkelt DMFC brændselscelle er 0,3-0,9 volt afhængig af belastningen. Det vil sige, at spændingen er generelt lavere end i PEMFC brændselscellen for samme belastning. Til en specifik anvendelse opnås den rette spænding ved at serieforbinde et antal celler til en stak.

DMFC brændselscellen har den fordel, at brændslet er en væske og ikke en gas. Methanol fremstilles også ud fra vedvarende energikilder.

Mikrokraftvarmeenhed (µ-KV)

I Vestenskov på Lolland afprøves IRD mikrokraftvarme-brændselscelleenheder, opbygget omkring om PEMFC brændselscellestakke. Afprøvningen er en del af demonstrationsprojektet: “Dansk Mikrokraftvarme”. I Vestenskov er der også opstillet et elektrolyseanlæg, som lagrer overskydende vindmøllestrøm i form af brint. Brinten anvendes senere i mikrokraftvarmeanlæggene til fremstilling af el og varme i de enkelte husstande.

Læs mere om energiproduktion

Energiproduktion
– Elektricitetsbegreber
– Fossile brændsler
– Kraftvarme
– Vindenergi
– Energi fra havet
– Geotermisk energi
– Biobrændsler – en oversigt
– Brændselsceller (denne side)
– Solenergi
– Kernekraft
– Fusionsenergi

Forsøg og caseopgaver

Vi har samlet alle forsøg, caseopgaver og eksperimenter på én side. Under overskriften Energiproduktion finder du de relevante forsøg til dette emne.

 

Kilder

IRD

Denne artikel stammer oprindeligt fra Climate Minds, som er udviklet af Experimentarium i samarbejde med Dansk Energi og Energyminds. 

Mere om klima