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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 7 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

Welche Energieverluste treten in einer realen Brennstoffzelle auf?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Unter anderem Aktivierungs-, ohmsche und Stofftransportverluste..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Reaktionen an den Elektroden, elektrische Widerstände und begrenzter Stofftransport führen zu Spannungs- und Leistungsabfällen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Unter anderem Aktivierungs-, ohmsche und Stofftransportverluste.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Reaktionen an den Elektroden, elektrische Widerstände und begrenzter Stofftransport führen zu Spannungs- und Leistungsabfällen.

2. FrageMultiple Choice

Wie kann die Gesamtenergienutzung einer stationären Brennstoffzelle verbessert werden?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Durch die Nutzung der entstehenden Wärme..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Bei Kraft-Wärme-Kopplung wird neben der elektrischen Leistung auch die Reaktionswärme sinnvoll verwendet.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Durch die Nutzung der entstehenden Wärme.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Bei Kraft-Wärme-Kopplung wird neben der elektrischen Leistung auch die Reaktionswärme sinnvoll verwendet.

3. FrageMultiple Choice

Wovon hängt die Klimawirkung von Wasserstoff besonders ab?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Von der Herstellungsart und der eingesetzten Energiequelle..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Die Nutzung in einer Brennstoffzelle kann lokal emissionsarm sein; die Gesamtbilanz hängt jedoch von Herstellung, Transport und Speicherung ab.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Von der Herstellungsart und der eingesetzten Energiequelle.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Die Nutzung in einer Brennstoffzelle kann lokal emissionsarm sein; die Gesamtbilanz hängt jedoch von Herstellung, Transport und Speicherung ab.

4. FrageMultiple Choice

Warum ist die Brennstoffzelle nicht automatisch eine erneuerbare Energiequelle?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Die Erneuerbarkeit hängt von der Herkunft des Wasserstoffs ab..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Wird Wasserstoff mit fossiler Energie hergestellt, ist die gesamte Energiekette nicht automatisch erneuerbar.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die Erneuerbarkeit hängt von der Herkunft des Wasserstoffs ab.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Wird Wasserstoff mit fossiler Energie hergestellt, ist die gesamte Energiekette nicht automatisch erneuerbar.

5. FrageMultiple Choice

Welche Sicherheitsmaßnahme ist beim Umgang mit Wasserstoff wichtig?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Leckagen vermeiden, für Lüftung sorgen und Zündquellen fernhalten..

  1. Brennstoffzellengrößen erkennen: Ordne Wasserstoff, Sauerstoff, Spannung, Strom, Leistung, Wirkungsgrad, Elektroden, Membran und Stack richtig zu.
  2. Passenden Zusammenhang anwenden: Wasserstoff ist leicht entzündlich; geeignete Sensorik, Dichtheit, Belüftung und technische Schutzmaßnahmen sind erforderlich.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Leckagen vermeiden, für Lüftung sorgen und Zündquellen fernhalten.. Prüfe Einheit, Größenordnung, Reaktionsrichtung, Wirkungsgrad und Sicherheit.

Wasserstoff ist leicht entzündlich; geeignete Sensorik, Dichtheit, Belüftung und technische Schutzmaßnahmen sind erforderlich.

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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.