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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 6 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

Wofür kann eine Brennstoffzelle in einem Fahrzeug eingesetzt werden?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Zur Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Die Brennstoffzelle erzeugt elektrische Energie, die über Leistungselektronik einen Elektromotor versorgen kann.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Zur Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Die Brennstoffzelle erzeugt elektrische Energie, die über Leistungselektronik einen Elektromotor versorgen kann.

2. FrageMultiple Choice

Welche Anwendung ist für stationäre Brennstoffzellen möglich?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Notstrom- oder Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Stationäre Systeme können elektrische Energie und je nach Auslegung nutzbare Wärme für Gebäude oder Anlagen bereitstellen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Notstrom- oder Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Stationäre Systeme können elektrische Energie und je nach Auslegung nutzbare Wärme für Gebäude oder Anlagen bereitstellen.

3. FrageMultiple Choice

Was bedeutet Kraft-Wärme-Kopplung bei einer Brennstoffzellenanlage?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Elektrische Energie und nutzbare Wärme werden gemeinsam bereitgestellt..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Die bei der elektrochemischen Reaktion entstehende Wärme kann beispielsweise für Heizung oder Warmwasser verwendet werden.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Elektrische Energie und nutzbare Wärme werden gemeinsam bereitgestellt.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Die bei der elektrochemischen Reaktion entstehende Wärme kann beispielsweise für Heizung oder Warmwasser verwendet werden.

4. FrageMultiple Choice

Welche Emission entsteht bei einer reinen Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle am Ort der Nutzung idealisiert?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Wasser beziehungsweise Wasserdampf..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Bei reinem Wasserstoff und Sauerstoff entsteht an der Kathode Wasser; weitere Emissionen hängen vom System und der Wasserstoffherstellung ab.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Wasser beziehungsweise Wasserdampf.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Bei reinem Wasserstoff und Sauerstoff entsteht an der Kathode Wasser; weitere Emissionen hängen vom System und der Wasserstoffherstellung ab.

5. FrageMultiple Choice

Warum ist die Wasserstoffinfrastruktur eine technische Herausforderung?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Herstellung, Transport, Speicherung, Verteilung und Sicherheitsanforderungen müssen zusammenpassen..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Wasserstoff besitzt besondere Anforderungen an Materialien, Druck, Temperatur, Dichtheit und Logistik.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Herstellung, Transport, Speicherung, Verteilung und Sicherheitsanforderungen müssen zusammenpassen.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Wasserstoff besitzt besondere Anforderungen an Materialien, Druck, Temperatur, Dichtheit und Logistik.

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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.