Vergleich der Versuchsergebnisse

Die Versuchsauswertungen sind in folgender Tabelle zusammengefasst:

Bedingungen und Ergebnisse	Einkammersystem (diffusionskontrolliert)	Zweikammersystem		Dreikammersystem
Membran	keine Membran	Nafion®		Nafion® (Anode) Thomapor® (Kathode)
Elektrolyt	KOH c = 1 mol/l	H2SO4 c = 0,25 mol/l		H2SO4 c = 0,025 mol/l (A) KOH c = 0,05 mol/l (K)
Betriebsgase	Wasserstoff Sauerstoff	Wasserstoff Luft	Wasserstoff Sauerstoff	Wasserstoff Luft	Wasserstoff Sauerstoff
Ruhespannung [V]	1,10	1,00	0,98	0,60	0,63
linearer Betriebsbereich [mA]	0,10 - 0,50	0,15 - 0,35	0,15 - 0,85	0,10 - 0,40	0,15 - 0,60
maximale Leistung [mW]	0,44	0,30	0,70	0,11	0,15

1. Elektrolytlösungen
Die Wahl der unterschiedlichen Elektrolytlösungen wurde empirisch optimiert. Es stellte sich dabei heraus, dass die Zelle im Einkammersystem optimal mit einer Elektrolytkonzentration von c = 1 mol/l arbeitet. Für die weiteren Versuchsreihen sollten geringer konzentrierte Elektrolytlösungen eingesetzt werden (s. Angaben in der Tabelle bzw. in den Versuchsbeschreibungen).

2. Ruhespannung
Die Brennstoffzelle im Einkammersystem erreicht mit 1,1 V die höchste Ruhespannung im Vergleich der Systeme. Da EMK-Messungen nicht ganz stromlos ablaufen, hängt das sich einstellende Potential vom Innenwiderstand des Systems ab. Das Einkammersystem läuft ohne Membran, hat daher den geringsten Widerstand. Der Innenwiderstand steigt durch den Einbau der Membranen in der Reihenfolge der Versuchsreihen vom Einkammersystem bis zum Dreikammersystem. Demzufolge sinkt die Ruhespannung (bis auf 0,6 V im Dreikammersystem).

3. Linearer Betriebsbereich
Der lineare Betriebsbereich bezeichnet den Bereich der Strombelastung, in dem die Zelle betrieben werden kann. Innerhalb des Betriebsbereichs sinkt die Spannung annähernd linear und um einen geringeren Betrag als außerhalb. Je breiter der Betriebsbereich ist, umso flexibler kann die Zelle mit verschiedenen Strömen belastet werden. Es ist zu sehen, dass die mit Luft betriebenen Zellen einen geringeren Betriebsbereich haben als die mit Sauerstoff betriebenen. Deutlich ist dieser Unterschied in der Versuchsreihe des Zweikammersystems. Unter Verwendung von Luft reicht der Betriebsbereich bis 0,35 mA, unter Verwendung von Sauerstoff bis 0,85 mA, das ist mehr als das Doppelte.

4. Maximale Leistung
Die maximal zu erhaltene Leistung der Zelle hängt ebenfalls deutlich von der Konzentration des Oxidationsmittels ab. Bei Betrieb mit reinem Sauerstoff erbringt die Zelle eine höhere Maximalleistung als bei Luftbetrieb. Im Falle des Dreikammersystems ist es eine Leistungssteigerung von 0,11 auf 0,15 mW, die 36 % entspricht. Im Zweikammersystem wird die Leistung bei Verwendung von Sauerstoff um 133 % gesteigert.

5. Konsequenzen
Die Brennstoffzelle mit der besten Kennlinie und höchsten Leistungsfähigkeit ist das Zweikammersystem mit einer Nafion®-Membran und Schwefelsäure (c = 0,25 mol/l) als Elektrolytlösung, wenn reiner Sauerstoff als Oxidationsmittel eingesetzt wird.
Generell sollten, um nennenswerte Stromausbeuten zu erhalten, die Brennstoffzellen mit reinem Sauerstoff betrieben werden. Die Verwendung von Luft als Oxidationsmittel bringt im Vergleich eine deutlich geringere Leistungsfähigkeit mit sich. Zur Simulation der Modelle technischer Brennstoffzellen ist es jedoch notwendig, die Zellen mit Luft zu betreiben, da das Brennstoffzellenfahrzeug NECAR (New Energy Car) der Firma Daimler-Benz ebenfalls Luft als Oxidationsmittel einsetzt.