Schematische Darstellung einer PEM-Brennstoffzelle
Die Polymermembran-Brennstoffzelle (PEMFC – engl. Proton Exchange Membrane Fuel Cell) ist eine Niedertemperaturbrennstoffzelle. Für die chemische Reaktion braucht die PEMFC reinen Wasserstoff (H2) oder ein wasserstoffreiches Prozessgas. Der Elektrolyt der PEMFC besteht aus einer Kunststofffolie und ist durchlässig für Protonen (H+-Ionen), bzw. besteht aus einer protonenleitenden Polymermembran (Nafion und Nachfolgeprodukte). Ladungsträgerist das Proton H+ bzw. Hydroniumion H3O+.
Über die Anode werden die Elektronen abgeführt. Dabei dissoziieren H2-Moleküle an der Anodenseite und es werden zwei Elektronen abgeben, die zu je zwei Protonen oxidieren. Die H+-Ionen wandern weiter durch die Membran auf die Kathodenseite. Die freigewordenen Elektronen fließen durch einen externen Stromleiter und erzeugen eine elektrische Spannung. Unter Zuführung von O2 reagieren an der Kathodenseite die Elektronen mit den Protonen. Bei der elektrochemischen Reaktion entsteht Wärme und H2O. Zum Nutzen der elektrischen Arbeit werden die Anode und Kathode an einen elektrischen Verbraucher angeschlossen. Auf der Anodenseite wird bei der Reaktion auch Wasser benötigt. Dieses wird anschließend auf der Kathodenseite wieder abgegeben.
Die Grafik stammt aus der ASUE-Broschüre Brennstoffzellen für die Hausenergieversorgung.
Jürgen Stefan Kukuk
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