Sir William Robert Grove realisierte die erste praktisch nutzbare Brennstoffzelle, die chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandeln konnte. Aufgrund preisgünstig verfügbarer fossiler Brennstoffe sowie der Erfindung des deutlich einfacher aufgebauten elektrischen Generators durch Werner von Siemens wurde die komplexere Brennstoffzelle jedoch zunächst in den Hintergrund gedrängt [1: 1-2].
Durch die stetigen Preissteigerungen fossiler Brennstoffe und das gestiegene Umweltbewusstsein in der Gesellschaft wird die Brennstoffzelle heutzutage wiederentdeckt und vermehrt als Energiequelle für zahlreiche mobile und stationäre Anwendungen, beispielsweise in der Fahrzeug- und Raumfahrttechnik, genutzt.
Bereits Christian Friedrich Schönbein entdeckte den Vorgang, der der Brennstoffzelle zu Grunde liegt, 1838 als Umkehrung der Elektrolyse, indem er zwei Platinelektroden in ein Gefäß mit Salzsäure tauchte und diese mit Wasserstoff und Sauerstoff umspülte [2]. Grove nutzte seine Ergebnisse und entwickelte den ersten funktionstüchtigen Prototypen [3: 158].
In der folgenden wissenschaftlichen Arbeit wird der Einfluss der Arbeiten Sir William Groves auf die technische Entwicklung, insbesondere auf die der Brennstoffzelle, dargestellt. Ziel dieser Arbeit ist es, neben dem Entwicklungsprozess und den verschiedenen Funktionsprinzipien, besonders die Auswirkungen dieser Technologie zu betrachten und die heutigen mobilen und stationären Anwendungsmöglichkeiten beispielhaft aufzuzeigen.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Leben Sir William Groves
3. Entwicklung der Brennstoffzelle
3.1 Erforschung des galvanischen Prinzips durch Christian Friedrich Schönbein
3.2 Entwicklung der ersten Brennstoffzelle durch Sir William Grove
4. Der Einfluss der Entwicklung der Brennstoffzelle durch Sir William Grove auf die Technik
4.1 Weiterentwicklung der Groveschen Gasbatterie zur modernen Brennstoffzelle
4.2 Funktionsprinzipien einiger ausgewählter Brennstoffzellentypen
4.2.1 Die alkalische Brennstoffzelle (AFC)
4.2.2 Die Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEMFC)
4.2.3 Die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC)
4.2.4 Die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC)
4.3 Stationäre und mobile Anwendungen
5. Fazit
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht den maßgeblichen Einfluss der historischen Arbeiten von Sir William Grove auf die heutige Brennstoffzellentechnologie, analysiert deren technologischen Entwicklungsprozess und bewertet aktuelle Anwendungsfelder.
- Historische Einordnung der Erfindung der Gasbatterie durch Sir William Grove
- Detaillierte Analyse verschiedener Brennstoffzellentypen und ihrer Funktionsprinzipien
- Diskussion technischer Herausforderungen wie Wirkungsgrad und Materialeigenschaften
- Darstellung moderner mobiler und stationärer Anwendungsszenarien
Auszug aus dem Buch
3.2 ENTWICKLUNG DER ERSTEN BRENNSTOFFZELLE DURCH SIR WILLIAM GROVE
Christian Friedrich Schönbein besuchte im Sommer 1839 das jährliche Treffen der Royal Society Birmingham. Dort traf er den walisischen Physiker und Juristen Sir William Grove, der sich durch die Forschungsergebnisse Schönbeins inspirieren ließ. Noch im gleichen Jahr führte Grove seine ersten Versuche zur heutigen Brennstoffzelle durch [9].
Das Ergebnis bezeichnete er als gaseous voltaic battery (Gasbatterie). Sie besteht aus zwei Glasröhren, durch die jeweils eine Platinelektrode in einen mit verdünnter Schwefelsäure gefüllten Behälter ragt [10]. Nach dem Anschließen einer Spannungsquelle füllen sich die Glasröhren durch den Elektrolyseprozess mit Wasserstoff und Sauerstoff. Nach dem Abklemmen der Spannungsquelle kehrt sich der Vorgang der Elektrolyse um: Wasserstoff und Sauerstoff reagieren miteinander, ein elektrischer Strom lässt sich mit Hilfe eines Amperemeters messen.
Da die elektrische Spannung nur etwa 0,5-1 Volt beträgt, schaltete er zunächst vier Zellen in Reihe (Abb. 1). Später erhöhte er die Zahl der in Reihe geschalteten Zellen auf bis zu 50, womit er eine Kohlebogenlampe betreiben konnte [10].
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung erläutert die historische Bedeutung der Brennstoffzelle und begründet deren aktuelle Relevanz vor dem Hintergrund steigender Energiepreise und ökologischer Anforderungen.
2. Leben Sir William Groves: Dieses Kapitel zeichnet den Lebensweg des Erfinders nach, wobei insbesondere seine juristische Karriere und sein wissenschaftlicher Werdegang hervorgehoben werden.
3. Entwicklung der Brennstoffzelle: Hier wird der wissenschaftliche Ursprung der Brennstoffzelle durch die Arbeiten von Schönbein und die darauf aufbauende Erfindung des Groveschen Elements beschrieben.
4. Der Einfluss der Entwicklung der Brennstoffzelle durch Sir William Grove auf die Technik: Dieser Abschnitt behandelt die technologische Evolution der Brennstoffzelle von der Gasbatterie bis hin zu modernen Typen sowie deren spezifische Einsatzgebiete.
5. Fazit: Das Fazit fasst den aktuellen Stand der Technik zusammen und benennt verbleibende Hürden, insbesondere im Bereich der Kosten und der effizienten Wasserstoffgewinnung.
Schlüsselwörter
Brennstoffzelle, Sir William Grove, Wasserstoff, Elektrolyse, Gasbatterie, PEMFC, AFC, SOFC, DMFC, Elektrochemie, Energietechnik, Wirkungsgrad, Stromdichte, Raumfahrt, Fahrzeugantrieb
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit?
Die Arbeit behandelt die geschichtliche Entstehung und die technische Entwicklung der Brennstoffzelle basierend auf den Pionierarbeiten von Sir William Grove.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Schwerpunkte liegen auf der Historie der Brennstoffzelle, den verschiedenen Funktionsweisen moderner Zelltypen sowie deren Anwendung in Mobilität und stationärer Energieversorgung.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, den Einfluss von Groves Arbeiten auf die heutige Technik aufzuzeigen und die verschiedenen Anwendungsbereiche sowie deren Potenziale und Grenzen zu beleuchten.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär angewandt?
Es handelt sich um eine technikhistorische Literaturanalyse, die den Entwicklungsprozess ausgehend von primären Forschungsergebnissen nachzeichnet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden sowohl die historische Entwicklung als auch die detaillierten Funktionsprinzipien wie AFC, PEMFC, DMFC und SOFC sowie reale Anwendungsszenarien analysiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe umfassen Brennstoffzelle, Wasserstoff, Sir William Grove, Energietechnik, Elektrolyse und verschiedene Zell-Technologien wie PEMFC oder SOFC.
Warum wurde die Entwicklung der Brennstoffzelle zeitweise nicht weiter verfolgt?
Aufgrund preisgünstiger fossiler Brennstoffe und der Verfügbarkeit einfacher elektrischer Generatoren durch Werner von Siemens verlor die komplexere Brennstoffzelle lange Zeit an Bedeutung.
Welche Herausforderung besteht bei der DMFC hinsichtlich des Sicherheitsaspekts?
Obwohl Methanol nicht explosiv ist, stellt es aufgrund seiner leichten Entzündlichkeit und seiner Toxizität für den menschlichen Körper ein Sicherheitsrisiko dar.
Warum spielt die Abwärme bei der SOFC eine wichtige Rolle?
Durch die hohe Betriebstemperatur der SOFC kann die anfallende Abwärme genutzt werden, was den Gesamtwirkungsgrad des Systems signifikant auf 70 bis 80 Prozent steigert.
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- Florian Doleschal (Autor), 2014, Der Einfluss der Arbeiten und des Wirkens von Sir William Grove auf die technische Entwicklung, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/270929
