Die Alkalische Brennstoffzelle - AFC

Die Alkalische Brennstoffzelle - AFC - ist, abgesehen von Grooves Prototypen, der älteste Brennstoffzellentyp.

Sie fand, und findet auch heute noch , in der Raumfahrt und bei U-Boot-Antrieben Verwendung.

Sie ist die einzige Zellenart, die reinsten Sauerstoff und Wasserstoff zur Energieumwandlung benötigt, da schon geringste Verunreinigungen die Zelle zerstören. Als Elektrolyt dient Kalilauge.

Für den täglichen Einsatz ist die AFC wenig geeignet, da die hohen Anforderungen an die Gasreinheit das System stark verteuern. Auch die Langlebigkeit der AFC ist mit einem Spannungsverlust von 1550 mV pro 1000 Betriebsstunden stark eingeschränkt.

Alkalische Brennstoffzellen wurden in der bemannten Raumfahrt eingesetzt, die ohne die Brennstoffzellen nicht möglich gewesen wäre. Sowohl im Apollo und im Apollo-Soyuz-Programm als auch im Skylab und in den Space Shuttles wurden bzw. werden alkalische Brennstoffzellen eingesetzt.

AFCs werden derzeit auch für den Einsatz als Fahrzeugantrieb entwickelt. Allerdings besteht hier der Nachteil, dass die AFC nicht mit Luft (-nur mit reinem Sauerstoff) direkt betrieben werden kann.

Das CO2 in der Luft ist vorher zu entfernen, um eine 'Vergiftung' des Elektrolyten zu vermeiden. Dies erfordert einen zusätzlichen apparativen Aufwand.

Alkalische Brennstoffzellen eigenen sich speziell für Nischenfahrzeuge, da sie auch in kleinen Stückzahlen relativ preiswert hergestellt werden können. Ein Beispiel sind die berühmten London Taxis.

Schritt 1
Die in zwei Kreisläufen getrennten Gase Sauerstoff und Wasserstoff wandern vom Gasraum in den Katalysator.

Schritt 2
Die Wasserstoffmoleküle (H2) werden durch den Katalysator in zwei H+ Atome (Protonen) gespalten. Dabei gibt jedes Wasserstoffatom sein Elektron ab.

Schritt 3
Die Elektronen fließen von der Anode zur Kathode und bewirken einen elektrischen Stromfluß. Der Verbraucher wird mit elektrischer Energie versorgt.

Schritt 4
Jeweils vier Elektronen an der Kathode rekombinieren mit einem Sauerstoffmolekül.

Schritt 5
Die nun entstandenen Sauerstoff-Ionen reagieren mit Wasser zu OH- -Ionen.

Schritt 6
Die Hydroxid-Ionen wandern durch den Elektrolyten (Kalilauge) zur Anode.

Schritt 7
Die Hydroxidionen reagieren an der Anode mit den Protonen zu Wasser.
Ein Teil des entstandenen Wassers wird wieder an die Kathode transportiert, wo es für eine weitere Reaktion zur Verfügung steht.