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Brennstoffzellensteuerung mittels Graphenmembran
 
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escay79



Anmeldungsdatum: 30.08.2023
Beiträge: 2

Beitrag escay79 Verfasst am: 30. Aug 2023 10:11    Titel: Brennstoffzellensteuerung mittels Graphenmembran Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo,
ich habe eine Frage zur Brennstoffzellentechnik.

Vorwarnung: ich bin Laie und gehe möglicherweise von falschen Voraussetzung aus!

Graphen hat spezielle Eigenschaften, die es zu einem erschwinglichen Grundstoff für Brennstoffzellen macht.

Graphen ist darüber hinaus ebenfalls leitfähig.

Eine spontane Eingebung war dann:

Wenn ich eine Brennstoffzelle mit einer Spannung betreibe (also Elektrolyse), diese mit einer Graphenmembran versehen ist und die Membran selbst unter Spannung gesetzt wird (regelbar), wäre das eine Möglichkeit, um den Prozess zu steuern? Wie könnte man dies experimentell überprüfen und welche Ergebnisse wären zu erwarten, wenn die Spannung die an der Membran angelegt wird
a) erhöht wird
b) verringert wird



Meine Ideen:
Natürlich ist das Gesamtverhalten schwer vorherzusagen ohne Kenntnis der weiteren Komponenten und der Dimensionierung. Mir geht es auch mehr um die grundsätzliche Fragestellung, ob auf dieser Basis eine Prozesssteuerung möglich ist.

In meinem Gedankenspiel wird die eigentliche Zelle mit 12 V betrieben und an die Membran eine eigene Spannungsversorgung von 5 V angelegt, welche dann jedoch geregelt werden kann.

Hierdurch sollte meinem Verständnis nach ein Gefälle zu BEIDEN Polen der eigentlichen Zelle erreicht werden und der Protonenfluss gesteuert werden können.

Es ergäben sich also

12 Volt zwischen den Anoden.
5 Volt von Anode A zur Membran
und 7 Volt von der Membran zur Anode B.

Protonen sind positiv geladen und sollten daher von + nach - wandern (physikalische Stromrichtung und entgegengesetzt des Elektronenstroms).

Sind meine Annahmen soweit korrekt?
Wie könnte ein experimentelle Überprüfung erfolgen? (Ich hab keine Ahnung ob und wo man Graphenmembrane für den Hausgebrauch erwerben kann).

Um das ganze auch für die Antwortenden etwas spannender zu gestalten:
Bitte versucht es ohne Formeln und Mathe zu erklären. Ich habs nicht so mit Zahlen (leichter Fall von Dyskalkulie).


Danke.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5041

Beitrag DrStupid Verfasst am: 30. Aug 2023 11:27    Titel: Re: Brennstoffzellensteuerung mittels Graphenmembran Antworten mit Zitat

escay79 hat Folgendes geschrieben:
Wenn ich eine Brennstoffzelle mit einer Spannung betreibe (also Elektrolyse)


Das wäre eine unübliche Weise eine Brennstoffzelle zu betreiben. Normalerweise läuft da das Gegenteil einer Elektrolyse ab.

escay79 hat Folgendes geschrieben:
diese mit einer Graphenmembran versehen ist


Wo soll sich diese Membran befinden?

escay79 hat Folgendes geschrieben:
und die Membran selbst unter Spannung gesetzt wird (regelbar), wäre das eine Möglichkeit, um den Prozess zu steuern?


Mit welchem Ziel? Wenn man irgendwo in der Zelle eine zusätzliche Spannung anlegt, dann hat das natürlich Einfluss auf die dort ablaufenden elektrochemischen Prozesse. Was willst Du da da wie beeinflussen?
escay79



Anmeldungsdatum: 30.08.2023
Beiträge: 2

Beitrag escay79 Verfasst am: 31. Aug 2023 09:47    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

danke erstmal für die Antwort.

Eine Brennstoffzelle funktioniert ja in beide Richtungen. Einerseits kann man mittels Elektrolyse eben zum Beispiel Wasserstoff und Sauerstoff generieren und der umgekehrte Prozess erzeugt aus dem Wasserstoff und Sauerstoff elektrischen Strom. Damit das besser funktioniert wird ein Katalysator benötigt. Gängig scheinen hier eben Membrane zu sein, die in einem Elektrolyt liegen und somit eigentlich 2 Halbzellen mit jeweils einer Anode bilden, welche durch eben jene Membran getrennt sind.

Die eigentliche Frage war nun, ob durch das Anlegen einer Spannung an eine leitfähige Membran eine Steuerung der Ablaufenden Prozesse möglich wird.

Beispielweise den Prozess verlangsamen um eine geringere Betriebstemperatur und damit auch den Output zu regeln.

Aber ganz grundsätzlich ist meine Frage ja bereits beantwortet, da Du mir schriebst, dass eine zusätzlich angelegte Spannung die Prozesse beeinflusst.

Offen bleibt dabei natürlich noch, wie genau sich das auswirken würde und welche Anwendungsmöglichkeiten sich daraus ergeben.
DrStupid



Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5041

Beitrag DrStupid Verfasst am: 31. Aug 2023 11:03    Titel: Antworten mit Zitat

escay79 hat Folgendes geschrieben:
Eine Brennstoffzelle funktioniert ja in beide Richtungen.


Ja, deshalb sagte ich auch nur, dass es unüblich ist, sie als Elektrolysezelle zu betreiben. Prinzipiell geht das, aber sie muss schon extra dafür gebaut sein. Ansonsten kann man böse Überraschungen erleben. Eine gewöhnliche Zink-Kohle-Batterie kann man ja beispielsweise auch nicht wieder aufladen. Wenn man da Strom anlegt, dann laufen völlig andere Prozesse ab als beim Entladen - oft mit spektakulärem Ergebnis.

escay79 hat Folgendes geschrieben:
Damit das besser funktioniert wird ein Katalysator benötigt. Gängig scheinen hier eben Membrane zu sein, die in einem Elektrolyt liegen und somit eigentlich 2 Halbzellen mit jeweils einer Anode bilden, welche durch eben jene Membran getrennt sind.


Katalysatoren und Membranen sind zwei Paar Schuhe. Katalysatoren sollen Reaktionen beschleunigen, die vor oder nach der eigentlichen Elektrodenreaktion ablaufen. Dazu müssen sie sich in unmittelbarer Nähe der Elektroden befinden.

Membranen sollen verhindern, dass sich die Elektrolyte unkontrolliert vermischen, indem sie nur bestimmte Bestandteile durchlassen. Die liegen meistens irgendwo zwischen den Elektroden. Da Graphen (entgegen theoretischer Vorhersagen) selektiv Protonen passieren lässt, wäre es tatsächlich ein vielversprechender Kandidat für ein solches Diaphragma.

escay79 hat Folgendes geschrieben:
Die eigentliche Frage war nun, ob durch das Anlegen einer Spannung an eine leitfähige Membran eine Steuerung der Ablaufenden Prozesse möglich wird.


Zwischen den Elektroden liegt ja ohnehin schon eine Spannung an, die u.a. durch die Zellspannung und den elektrischen Widerstand des Elektrolyten bestimmt wird (der hier als Spannungsteiler wirkt). Ich kann zwar nicht ausschließen, dass es Vorteile haben könnte, wenn man diesen Potentialgradient durch zusätzliche Spannungen an leitfähigen Membranen steuert, aber ein konkreter Nutzen fällt mir dazu nicht ein.

escay79 hat Folgendes geschrieben:
Beispielweise den Prozess verlangsamen um eine geringere Betriebstemperatur und damit auch den Output zu regeln.


Wenn man die Spannung so ändert, dass der Potentialgradient auf der einen Seite der Membran kleiner wird, dann wird er automatisch auf der anderen Seite größer. Ich bin nicht sicher, ob und wenn ja wann das besser ist, als die Zelle direkt über die Zellspannung zu steuern. Ich sehe aber die Gefahr, dass die Membran selbst zur Elektrode wird. Das will man ganz sicher nicht haben.
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