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Energie Speicherung - Elektrolyseur / Brennstoffzelle
Hintergrund
Eine mögliche Form der Speicherung von Energie besteht darin, eine chemische
Verbindung AB unter Energiezufuhr in die Bestandteile A und B zu trennen. Die
Umkehrreaktion zu einem beliebigen Zeitpunkt ermöglicht dann die Rückgewinnung
der zuvor gespeicherten Energie. Einen interessanten Ansatz stellt hierbei das
Wasser - Wasserstoff / Sauerstoff System dar: Unter Zufuhr von elektrischer
Energie lässt sich Wasser (AB) mittels eines Elektrolyseurs in seine Bestandteile
Wasserstoff (A) und Sauerstoff (B) aufspalten. Diese beiden Komponenten können
dann zu einem beliebigen Zeitpunkt wieder zu Wasser reagieren. Die entsprechende Reaktion
in einer Brennstoffzelle erlaubt die direkte Umwandlung der dabei frei werdenden
Energie in Elektrizität.
Erfolgt die Elektrolyse mittles regenerativ erzeugtem Strom z.B. aus Windgeneratoren oder
fotovoltaischen Anlagen, stellt diese Technologie einen vielversprechenden Ansatz dar,
die endlichen fossilen Energieträger wie Öl und Gas durch den Energieträger Wasserstoff
zu substituieren.
Unserer Modelle
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FuelCellH2Air - PEM Brennstoffzelle für Wasserstoff / Luft-Betrieb
In einer Brennstoffzelle wird Wasserstoffgas mittels Sauerstoff oxidiert. Die im Wasserstoff / Sauerstoff gespeicherte
chemische Energie wird dabei direkt, d.h. ohne Verbrennung, in elektrische Energie umgewandelt. Dieser Prozess
findet im Kernstück der Brennstoffzelle, der MEA Einheit (Membrane Electrode Assembly) statt. Diese besteht aus
zwei katalytischen Metall-Elektroden (Kathode mit Sauerstoffzufuhr und Anode mit Wasserstoffzufuhr), die beidseitig einer Kunststoffmembran (PEM - Protone Exchange Membran) angebracht sind. Diese Membran ist durchlässig
für Protonen, stellt aber für Elektronen eine Barriere dar. Der zugeführte Wasserstoff wird an der Anode katalytisch in Elektronen und Protonen aufgespalten. Aufgrund des chemischen Ungleichgewichts diffundieren
die Protonen durch die PEM. Der entstandene Potentialunterschied kann an den Elektroden als Spannung abgegriffen werden. Ein Stromfluss durch einen externen Verbraucher von der Anode zur Kathode bewirkt dort
die Reaktion der Elektronen, Protonen und des anstehenden Sauerstoffs zu Wasser.
Technische Daten:
- Betrieb Wasserstoff / Luft
- Abmessung 5,8cm x 12cm x 9cm
- Spannung 0,3 - 0,9 V
- Leistung 150 mW
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FuelCellH2O2 - PEM Brennstoffzelle für Wasserstoff/Sauerstoff-Betrieb
Siehe FuelCellH2Air
Technische Daten:
- Betrieb Wasserstoff / Sauerstoff
- Abmessung 5,8cm x 12cm x 9cm
- Spannung 0,3 - 0,9 V
- Leistung 500 mW
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H2Trainer - Wasserstoff-Experimentiersystem
Der Umfang der Experimentiermaterialien ermöglicht die Durchführung aller grundlegenden Versuche zum Thema Wasserstoff - / Brennstoffzellentechnologie. Die Materialien sind übersichtlich in einem speziellen Koffer untergebracht und stets vollständig zur Hand. Die Experimente lassen sich schnell auf- und abbauen. Ein entsprechende, ausführliche Anleitung für eine Vielzahl von Experimenten und ein separates Heft mit Beispiellösungen liegen dem Koffer bei (deutschsprachig). Daher ist der Experimentierkoffer besonders als Unterrichtsmaterial in Schulen geeignet: Die Schüler können anhand der leicht verständlichen Versuchsanleitung eigenständig an die Technik herangeführt werden, für die Lehrkraft stehen Unterrichtsanregungen, weitere Hintergrundinformationen und die Experimentierlösungen zur Verfügung.
Liste der Experimente:
- Messung des Volumenverhältnisses der erzeugten Gase
- Messung der produzierten Gasmengen pro Zeiteinheit in Abhängigkeit von der Stromstärke
- Bestimmung von Energie- und Farady- Wirkungsgrad des Elektrolyseurs
- Bestimmung der U/I-Kennlinie des Elektrolyseurs
- Bestimmung von Energie- und Farady-Wirkungsgrad der Brennstoffzelle
- Bestimmung der U/I-Kennlinie der Brennstoffzelle
- Aufbau eines Inselnetzes
- In Kombination mit dem
SolarTrainer:
Betrieb des Elektrolyseurs mit Solarzellen
- In Kombination mit dem
WindTrainer:
Betrieb des Elektrolyseurs mit einem Windenergiekonverter
- In Kombination mit dem
SolarTrainer
und dem
WindTrainer:
Betrieb des Elektrolyseurs mit Solarzellen und einem Windenergiekonverter als Hybrid-System
Lieferumfang :
- Spezialkoffer mit Innenformteil
- Basisplatte mit Aufnahmerahmen für die Messgeräte und Experimentierboxen
- Elektrolyseur
- Netzgerät
- Regelbare Stromversorgung
- Gasspeicher
- Brennstoffzelle
- Zwei Multimeter mit 2 mm-Buchsen
- Lastbox mit Elektromotor und Glühlampe
- Meßbox mit Widerstand f. Kennlinien
- Verbindungsleitungen
- Verbindungsschläuche / Stopfen
- Destilliertes Wasser
- Saugheber
- Anleitung mit Experimentieraufgaben / Lehrerheft mit Hintergrundinformationen und die Experimentierlösungen
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Solarfuel - Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff mit Wasserreservoir und Gasspeicher
Die Bedeutung der Elektrolyse wächst simultan mit der Entwicklung der BrennstoffzellenTechnologie.
Reines destilliertes Wasser wird mittels elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.
Der Elektrolyseur besteht aus einer PEM Membran (Polymer Electrolyte Membrane), die zwischen
zwei katalytisch wirkenden Elektroden, der Kathode und Anode, angeordenet ist. Der erzeugte
Wasserstoff und Sauerstoff wird in zwei kleinen Gastanks aufgefangen und gespeichert. Die durch die
Separartion im Wasserstoff und Sauerstoff gespeicherte chemische Energie kann dann bei Bedarf
mittels einer Brennstoffzelle wieder in elektrische Energie umgewandelt werden.
Technische Daten:
- Abmessung 20cm x 12cm x 9cm
- Spannung 0 - 2,0 V
- Strom 0 - 2,0 A
- Gas Produktion H2 / O2 8,6 / 4,3 cm^3/min
- Speicher Volumen 20 cm^3
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SolarStorageSystem - Komplettes Speichersystem: Solar Modul, Elektrolyseur mit Gasspeicher, Brennstoffzelle, elektrischer Verbraucher
Das SolarStorageSystem enthält ein Solar Modul, einen Elektrolyseur, Speicherbehälter für Wasserstoff
und Sauerstoff, eine PEM Brennstoffzelle sowie einen Elektro-Motor. Alle Komponenten sind auf einer Grundplatte montiert und bereits miteinander verschaltet. Eine ausführliche Bediendungsanleitung mit Versuchsbeschreibungen liegt bei. SolarStorageSystem ist ein ideales Experimentier-System zum Einstieg in die solare Wasserstoff-Technologie.
Technische Daten:
Electrolyseur
- Abmessungen 20cm x 30cm x 15cm
- Zulässige Spannung 0 - 2,0 V DC
- Zulässiger Strom 0 - 2,0 A DC
- Leistung 1 W
Brennstoffzelle
- Erzeugte Spannung 0,4 - 0,9 V DC
- Leistung 500 mW
Solarzelle
- Leerlaufspannung 2,0 V DC
- Strom 350 mA DC
- Leistung (MPP) 500 mW
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