Wie funktioniert eigentlich...

Brennstoffzellen erzeugen aus Wasserstoff und Sauerstoff Strom und Wärme. Im Großkraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung oder im BHKW (Blockheizkraftwerk) ist das zwar auch möglich, aber dort muss zur Stromerzeugung immer der Umweg über die Energieformen Wärme und mechanische Energie gegangen werden. In der Brennstoffzelle wird chemisch gebundene Energie direkt in Elektroenergie umgewandelt.

Was beim Aufeinandertreffen von Sauerstoff und Wasserstoff in der Brennstoffzelle passiert, kann auch als "kalte Verbrennung" bezeichnet werden. Damit diese "Verbrennung" auch unterhalb der üblichen Verbrennungstemperaturen stattfinden kann, werden Katalysatoren (Reaktionsbeschleuniger) benötigt. Das stoffliche Verbrennungsprodukt ist Wasser (bzw. Wasserdampf). Wegen der direkten Energieumwandlung arbeiten Brennstoffzellen zumindest theoretisch mit hohem Wirkungsgrad. Außerdem sind Verluste und Schadstoffemissionen minimal. Der Grundaufbau aller Zellentypen ähnelt dem einer Autobatterie: Jede Zelle enthält zwei plattenförmige Elektroden (Anode und Kathode), die durch einen Elektrolyten voneinander getrennt sind. Die wesentliche Eigenschaft dieses Elektrolyten ist, dass er Ionen leiten kann, aber für Gase undurchlässig ist. Die Katalysatormaterialien befinden sich an den Elektroden und sorgen dafür, dass die zugeführten Gase Ladungsträger (Ionen) freisetzen. Wasserstoffmoleküle (H₂) zerfallen an der Anode in Wasserstoffatome, die wiederum durch Elektronenabgabe zu positiv geladenen Wasserstoff-Ionen (H⁺) werden. Die freien Elektronen fließen als nutzbarer Strom über einen Leiter zur Kathode. Dort bilden sie mit den Sauerstoffatomen negative Sauerstoff-Ionen (O^2-). Die Wasserstoff-Ionen wandern durch den Elektrolyten zur Kathode, wo sie sich mit den Sauerstoff-Ionen zu Wasser vereinigen und dabei noch Wärme freisetzen. Wiederum vergleichbar mit einer Autobatterie werden zur Leistungserhöhung mehrere Zellen zusammengeschaltet oder "gestapelt" (engl. stack).

Die unterschiedlichen Typen von Brennstoffzellen unterscheiden sich in erster Linie durch den verwendeten Elektrolyten. Im Unterschied zu anderen elektrochemischen Abläufen finden sich in den Brennstoffzellen auch feste Stoffe als Elektrolyt. Der Elektrolyt wiederum bestimmt das Temperaturniveau, auf dem die Brennstoffzelle arbeitet. Die gegenwärtig genutzten Brennstoffzellen sind:

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