Brennstoffzellen, Wasserstoff und Wirkungsgrad sicher verstehen

Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie zugeführter Reaktionsstoffe elektrochemisch in elektrische Energie und Wärme um. Bei der Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle entsteht idealisiert Wasser.

Auf dieser Seite übst du Anode, Kathode, Protonenaustauschmembran, Redoxreaktion, Leistung, Wirkungsgrad, Elektrolyse, Wasserstoffspeicherung und Anwendungen.

So gehst du bei einer Brennstoffzellenaufgabe vor

  1. Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Anode, Kathode und Membran zu.
  2. Nutze P = U·I, E = P·t und η = P_el/P_chem.
  3. Prüfe bei Stacks die Reihenschaltung der Zellen.
  4. Berücksichtige Wärme, Verluste, Wasserstoffherstellung und Speicherung.
  5. Kontrolliere Einheit, Größenordnung und Sicherheitsanforderungen.

10. Test

Brennstoffzellen und Wasserstoff online üben

Test 10 zu Brennstoffzellen und Wasserstoff mit 5 Aufgaben und verständlichen Lösungen.

Ordne Anode, Kathode, Membran und Reaktionsstoffe zu. Nutze P = U·I, E = P·t und η = P_el/P_chem.

5 Fragen
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1. FrageMultiple Choice

Was ist der Unterschied zwischen Elektrolyse und Brennstoffzelle?

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Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Elektrolyse benötigt elektrische Energie zur Stofftrennung; die Brennstoffzelle gewinnt aus einer Reaktion elektrische Energie..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Beide Prozesse sind eng verwandt, laufen energetisch aber in entgegengesetzter Richtung.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Elektrolyse benötigt elektrische Energie zur Stofftrennung; die Brennstoffzelle gewinnt aus einer Reaktion elektrische Energie.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Beide Prozesse sind eng verwandt, laufen energetisch aber in entgegengesetzter Richtung.

2. FrageMultiple Choice

Warum ersetzt eine Brennstoffzelle nicht automatisch jeden Akku?

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Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Anwendung, Speicherform, Infrastruktur, Wirkungsgrad, Leistung und Betankung unterscheiden sich..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Akkus und Brennstoffzellen haben unterschiedliche Stärken bei Speicherung, Gewicht, Lade- beziehungsweise Betankungszeit und Systemaufbau.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Anwendung, Speicherform, Infrastruktur, Wirkungsgrad, Leistung und Betankung unterscheiden sich.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Akkus und Brennstoffzellen haben unterschiedliche Stärken bei Speicherung, Gewicht, Lade- beziehungsweise Betankungszeit und Systemaufbau.

3. FrageMultiple Choice

Was ist der Unterschied zwischen Wirkungsgrad und elektrischer Leistung?

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Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Der Wirkungsgrad beschreibt die Effizienz, die Leistung die Energieabgabe pro Zeit..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Eine Anlage kann einen hohen Wirkungsgrad und trotzdem eine kleine Leistung oder umgekehrt haben.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Der Wirkungsgrad beschreibt die Effizienz, die Leistung die Energieabgabe pro Zeit.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Eine Anlage kann einen hohen Wirkungsgrad und trotzdem eine kleine Leistung oder umgekehrt haben.

4. FrageMultiple Choice

Welche Information sollte man vor der Auswahl eines Brennstoffzellensystems prüfen?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Benötigte Leistung, Betriebsdauer, Brennstoffversorgung, Wirkungsgrad und Sicherheitsanforderungen..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Die Auslegung muss elektrische Last, verfügbare Reaktionsstoffe, Wärmeabfuhr, Speicherung und Einsatzort berücksichtigen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Benötigte Leistung, Betriebsdauer, Brennstoffversorgung, Wirkungsgrad und Sicherheitsanforderungen.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Die Auslegung muss elektrische Last, verfügbare Reaktionsstoffe, Wärmeabfuhr, Speicherung und Einsatzort berücksichtigen.

5. FrageMultiple Choice

Welche Aussage fasst die Wasserstoff-Brennstoffzelle korrekt zusammen?

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Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Sie erzeugt aus zugeführtem Wasserstoff und Sauerstoff elektrochemisch elektrische Energie, Wärme und Wasser..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Die räumlich getrennten Teilreaktionen lenken Elektronen durch den äußeren Stromkreis und ermöglichen die Nutzung der Reaktionsenergie.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Sie erzeugt aus zugeführtem Wasserstoff und Sauerstoff elektrochemisch elektrische Energie, Wärme und Wasser.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Die räumlich getrennten Teilreaktionen lenken Elektronen durch den äußeren Stromkreis und ermöglichen die Nutzung der Reaktionsenergie.

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Brennstoffzellen und Wasserstoff FAQ

Was entsteht in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle?

Wasserstoff wird an der Anode oxidiert, Sauerstoff an der Kathode reduziert. Dabei entstehen elektrische Energie, Wärme und idealisiert Wasser.

Wie berechnet man den Wirkungsgrad?

Der elektrische Wirkungsgrad ist das Verhältnis der elektrischen Ausgangsleistung zur chemischen Eingangsleistung: η = P_el/P_chem.

Für welche Klassen eignen sich die Übungen?

Die Seite richtet sich vor allem an Schülerinnen und Schüler der Klassen 9–12 und eignet sich zur Prüfungsvorbereitung und Vertiefung der Energie- und Elektrochemie.