Chemische Reaktion beim Modell einer Brennstoffzelle?
Wir haben als Schulprojekt ein Modell eines Wasserstoffspeichers gebaut. Dabei haben wir einfach zwei Elektroden in destilliertes Wasser getaucht. Um die Leitfähigkeit zu erhöhen haben wir Waschsoda hinzugegeben.
Die Reaktionsgleichung, die wir im Internet zu der Reaktion gefunden haben, scheint nicht so ganz korrekt zu sein.
Da steht:
Ist das doch korrekt oder wie wäre es richtig?
Die erste Reaktionsgleichung ist die Lösung des zugegebenen Waschsodas in Wasser. Die zweite ist die Reaktion an der Kathode, die dritte die an der Anode. Die vierte Reaktionsgleichung beschreibt, was bei einer zu hohen Spannung passiert. Die fünfte Reaktionsgleichung ist die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zurück zu Wasser.
Hier die aktualisierte Version:
2 Antworten
Wenn die Elektrode sich durch unsachgemäße Bedienung auflöst, ist das kein Teil der normalen Reaktion. Die Oxidation des Graphits kannst du einfach weglassen.
Außerdem solltest du, weil Natriumcarbonat alkalisch reagiert, die Ox-Teilgleichung mit Hydroxid statt Protonen ausgleichen: 4 OH⁻ -> O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻
Das war die Elektrolyse. Bei einer Brennstoffzelle laufen die Reaktionen in Gegenrichtung ab und sollte auch mit der gleichen Ausführlichkeit dargestellt werden, also mit Ox- und Red-Teilreaktionen, nicht nur als Gesamtgleichung.
Das Carbonation ist ziemlich stark basisch: CO₃²⁻ + H₂O -> HCO₃⁻ + OH⁻
Die Elektronen verlassen die Elektrode durch den angeschlossenen Draht und fließen zum Pluspol der Stromquelle.
Ihr habt schlicht und einfach Wasser elektrolytisch aufgespalten in Wasserstoff und Sauerstoff. Das war alles. Was diese Reaktionsgleichungen sollen, ist unklar. Gleichung 2 und 3 sind richtig, Gleichung 1 und 4 falsch bzw. unsinnig. Im Übrigen: Von Wasserstoffspeicher keine Spur, von Brennstoffzelle auch nicht.
Ja, das sieht schon viel besser aus. Aber nach wie vor: Aus den Gleichungen und deiner Beschreibung geht hervor, dass eben Wasser elektrolytisch gespalten wird, und aus der letzten Gleichung geht hervor, dass der entstandene Wasserstoff mit dem entstandenen Sauerstoff wieder zu Wasser reagiert. Aber von einem Wasserstoffspeicher ist nichts zu erkennen.
Oder ist der Gedanke der, dass Wasserstoff als Energieträger aufgefasst wird, bei dessen Umsetzung zu Wasser mit Sauerstoff die dann entstehende Energie wieder gewonnen wird, am besten als elektrische Energie mit einer Brennstoffzelle , die am Anfang als elektrische Energie hineingesteckt worden ist? So gibt das Ganze Sinn, wobei aber gesagt werden muss, dass die Effizienz dieser Prozedur verheerend schlecht ist, man bekommt am Ende nur einen Bruchteil der Energie wieder raus, die man am Anfang reingesteckt hat. Aber immerhin, man hat was gespeichert. Wenn man das alles an Orten macht, wo ohnehin Energie im Überfluss da ist, wie zB. in der Wüste Sahara, oder in Saudi- Arabien, kann das interessant werden. Die grosse Frage ist dann, wie man die gespeicherte Energie, ob in Form von Wasserstoff oder in anderer Form ( Chemische Energie, e-fuel ) nach Mitteleuropa kriegt, wo sie gebraucht wird. Am Ende laufen alle Überlegungen zur Energiekrise auf dasselbe hinaus, was die Politiker, die alle von Naturwissenschaft keine Ahnung haben, einfach nicht begreifen: Es gibt Energie im Überfluss auf der Erde, aber nicht da, wo sie gebraucht wird, und nicht zu dem Zeitpunkt , zu dem sie gebraucht wird. Und so bauen wir gigantische Photovoltaik -Anlagen, aber die helfen uns nur im Sommer an manchen Tagen zwei Stunden zur Mittagszeit. In den restlichen 95 % der Zeit beziehen wir Strom aus französischen Kernkraftwerken oder polnischen Kohlekraftwerken. Und in diesen zwei Stunden bezahlen die Besitzer von Photovoltaik- Anlagen Strafgebühren für das Einspeisen von Strom, weil in ganz Europa die Sonne scheint und alle ihren Strom loswerden wollen.
Ja, uns ging es nur darum, elektrische Energie in chemisch gebundene Energie (als Wasserstoff) umzuwandeln und danach wieder zurück umwandeln zu können. Die Anwendungsmöglichkeiten sind dabei nicht wirklich relevant, es geht nur darum, ein funktionierende Modell zu bauen. Unser gemessener Wirkungsgrad war auch sehr klein (weniger als 1%). Warum ist der Wirkungsgrad denn so gering und wie funktioniert das in normalen Brennstoffzellen, einen besseren Wirkungsgrad zu ermöglichen?
Jede Umwandlung einer Energieform in eine andere ist aus naturgesetzlichen Gründen mit Verlust verbunden. Alleine schon das Lagern von Wasserstoff ist aufwendig, auch energetisch aufwendig, und geht nicht ohne Substanzverlust.Dazu kommen triviale Verluste wie Spannungsabfall und damit Energieverlust in elektrischen Leitungen, Wärmeverluste bei den Apparaten, die meist bei höherer Temperatur betrieben werden, etc. Bei grossindustriellen Anlagen können diese Verluste durch technische Massnahmen minimiert werden, aber nicht auf Null. Die Minimierung der Verluste in Brennstoffzellen is das ganz grosse Problem der Energiewirtschaft seit 50 Jahren, man hat auch grosse Fortschritte erzielt. Aber es sind ganz mühsame kleine Schritte, die sich über Jahrzehnte eben auszahlen. Man ist jetzt an der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit. Streng genommen ist die Technik schon wirtschaftlich, wenn man die gigantischen Schäden durch Klimawandel berücksichtigen würde, die vermieden werden könnten. Aber das tun die Herren Politiker eben nicht, weil sie dem Volk nach dem Maul reden (müssen).
Das verstehe ich nicht: Das im Wasser in Form von Ionen gelöste Natriumcarbonat erhöht den pH-Wert? Wie ist davon die Reaktionsgleichung? Oder habe ich das falsch verstanden? Und deshalb reagieren die entstehenden Hydroxidionen zu Sauerstoff- und Wassermolekülen und dabei werden Elektronen frei? Und was passiert dann mit den Elektronen?