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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.

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Brennstoffzellen und Wasserstoff online üben

Test 2 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 ein wichtiger Unterschied zwischen Brennstoffzelle und Batterie?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Eine Brennstoffzelle benötigt kontinuierlich zugeführte Reaktionsstoffe..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Eine Batterie enthält ihre Reaktionsstoffe weitgehend in der Zelle; eine Brennstoffzelle kann weiterarbeiten, solange Brennstoff und Oxidationsmittel zugeführt werden.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Eine Brennstoffzelle benötigt kontinuierlich zugeführte Reaktionsstoffe.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Eine Batterie enthält ihre Reaktionsstoffe weitgehend in der Zelle; eine Brennstoffzelle kann weiterarbeiten, solange Brennstoff und Oxidationsmittel zugeführt werden.

2. FrageMultiple Choice

Welche Aufgabe hat die Protonenaustauschmembran in einer PEM-Brennstoffzelle?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Sie lässt Protonen passieren und hält Elektronen weitgehend zurück..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Die Membran trennt die Reaktionsräume und zwingt die Elektronen in den äußeren Stromkreis.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Sie lässt Protonen passieren und hält Elektronen weitgehend zurück.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Die Membran trennt die Reaktionsräume und zwingt die Elektronen in den äußeren Stromkreis.

3. FrageMultiple Choice

Warum fließen die Elektronen einer Brennstoffzelle durch den äußeren Stromkreis?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Die Membran blockiert ihren direkten Weg zwischen den Elektroden..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Dadurch kann der Elektronenfluss als elektrischer Strom für einen Verbraucher genutzt werden.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die Membran blockiert ihren direkten Weg zwischen den Elektroden.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Dadurch kann der Elektronenfluss als elektrischer Strom für einen Verbraucher genutzt werden.

4. FrageMultiple Choice

Welche Aufgabe hat ein Katalysator in einer Brennstoffzelle?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Er erleichtert die elektrochemischen Teilreaktionen..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Ein Katalysator senkt die Aktivierungsbarriere und kann die Reaktion an den Elektroden beschleunigen, ohne selbst dauerhaft verbraucht zu werden.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Er erleichtert die elektrochemischen Teilreaktionen.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsbarriere und kann die Reaktion an den Elektroden beschleunigen, ohne selbst dauerhaft verbraucht zu werden.

5. FrageMultiple Choice

Was ist eine PEM-Brennstoffzelle?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Eine Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran als Elektrolyt..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: PEM steht für Proton Exchange Membrane; die Membran leitet Protonen und trennt die Gasräume.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Eine Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran als Elektrolyt.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

PEM steht für Proton Exchange Membrane; die Membran leitet Protonen und trennt die Gasräume.

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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.