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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 4 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

Eine Brennstoffzelle nimmt 5 kW chemische Leistung auf und gibt 2 kW elektrisch ab. Wie groß ist der Wirkungsgrad?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: 40 Prozent.

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: η = P_el/P_chem = 2 kW/5 kW = 0,4 = 40 %.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 40 Prozent. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

η = P_el/P_chem = 2 kW/5 kW = 0,4 = 40 %.

2. FrageMultiple Choice

Eine Anlage liefert 400 W elektrisch bei 800 W chemischer Eingangsleistung. Wie groß ist der Wirkungsgrad?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: 50 Prozent.

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: η = 400 W/800 W = 0,5 = 50 %.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 50 Prozent. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

η = 400 W/800 W = 0,5 = 50 %.

3. FrageMultiple Choice

Eine Anlage soll 2 kWh elektrische Energie mit einem Wirkungsgrad von 50 % liefern. Wie viel chemische Energie wird idealisiert benötigt?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: 4 kWh.

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: E_chem = E_el/η = 2 kWh/0,5 = 4 kWh.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 4 kWh. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

E_chem = E_el/η = 2 kWh/0,5 = 4 kWh.

4. FrageMultiple Choice

Ein Brennstoffzellenstapel besteht aus 12 Zellen mit je 0,7 V in Reihe. Welche Spannung ergibt sich idealisiert?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: 8,4 V.

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Bei der Reihenschaltung addieren sich die Zellspannungen: 12·0,7 V = 8,4 V.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 8,4 V. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Bei der Reihenschaltung addieren sich die Zellspannungen: 12·0,7 V = 8,4 V.

5. FrageMultiple Choice

Warum ist die elektrische Ausgangsleistung einer realen Brennstoffzelle kleiner als die zugeführte chemische Leistung?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Ein Teil der Energie wird als Wärme und durch innere Verluste abgegeben..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Aktivierungs-, ohmsche und Stofftransportverluste sowie Nebenaggregate begrenzen den Wirkungsgrad.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Ein Teil der Energie wird als Wärme und durch innere Verluste abgegeben.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Aktivierungs-, ohmsche und Stofftransportverluste sowie Nebenaggregate begrenzen den Wirkungsgrad.

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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.