An den Plopp im Physik- oder Chemieunterricht werden sich viele noch erinnern. Das physikalische Prinzip des Knallgasexperiments, das seit Jahrzehnten fester Unterrichtsbestandteil ist, liegt der Brennstoffzelle zugrunde und zählt zu den Grundlagen der Elektrochemie. Schon 1839 zeigt der englische Naturforscher William Grove, dass sich aus Wasserstoff und Sauerstoff in einem galvanischen Element elektrischer Strom gewinnen lässt. Die Entdeckung geriet zunächst in Vergessenheit und wurde erst in den vergangenen Jahrzehnten für die technische Anwendung weiterentwickelt.
Strom aus Sauerstoff und Wasserstoff
Anders als bei dem Experiment von Grove läuft die Reaktion in der Brennstoffzelle kontrolliert ab (Abb. 1 ). Sie besteht ähnlich wie eine Batterie aus zwei Elektroden, der Anode und Kathode, die durch einen Elektrolyten räumlich voneinander getrennt sind. Der Elektrolyt ist undurchlässig für Gase, leitet aber Ionen. Der Anode wird Wasserstoff (H2), der Kathode Sauerstoff (O) zugeführt. An der Anode teilen sich die Wasserstoffmoleküle in ihre zwei Wasserstoffatome auf. Jedes Atom gibt ein Elektron ab, das über einen elektrischen Leiter zur Kathode wandert. Bei der Reaktion beider Gase entsteht zwischen den Elektroden eine Spannung, die in einem angeschlossenen Verbraucher einen Stromfluss hervorruft. Gleichzeitig entsteht Wärme, die ebenfalls genutzt werden kann (Kraft-Wärme-Kopplung).
Zurück bleiben positiv geladene Wasserstoffionen (H+). Auf der Kathodenseite teilen sich Sauerstoffmoleküle unter Einfluss von Katalysatoren in ihre zwei Sauerstoffatome auf. Diese nehmen dann jeweils zwei Elektronen auf, wodurch negativ geladene S ...
