Die Energiespeicherung - Die Zukunft Unserer Energieversorgung - page 275

Abb. 8.8 Die Strom-
Spannungs-Kennlinien ver-
schiedener Elektrolyte bei der
Wasserelektrolyse. Die Höhe
der Stromdichte legt fest, wie
viel Wasserstoff pro Sekunde
an einer gegeben Katalysato-
roberfläche erzeugt werden
kann

H S 24

2 Elektrolyse

Polymermembran

1

Oxydkeramik

0

5 10 15

−2

Stromdichte (kA m )

der als „sauer“ oder als „basisch“ bezeichnet werden. Um die Ionen zu erzeugen, müssen
geeignete Katalysatoren gefunden werden. Die Edelmetalle Platin und Iridium sind geeig-
net,ihreVerwendungmachtFeststoffelektrolyteabersehrteuer.Die Wasserstoffwirtschat
wird erst dann wirklich konkurrenzfähig in der Energieversorgung, wenn es der Industrie
gelingt, billigere Materialien für den Katalysator zu entwickeln. Daran wird zur Zeit mit
großem Einsatz geforscht.
Ein basischer Feststoffelektrolyt ist zum Beispiel die Oxidkeramik ZrO ,diebeiTem-
peraturen von 850°C bis 1000°C für O −− -Ionen leitend wird. Bei wesentlich niedrigeren
Temperaturen bilden Polymermembranen, zum Beispiel sulfoniertes Polysterol, einen sau-
ren Feststoffelektrolyten ,derfürH + -Ionen leitend ist. Der prinzipielle Aufbau für die
Wasserelektrolyse mit basischen und sauren Feststoffelektrolyten ist in Abb. 8.7 gezeigt.
Die Hochtemperaturelektrolyte benötigen eine Spannung zwischen den Elektroden von
ca. 0,8 V, bei den Niedertemperaturelektrolyten ist sie etwas größer und beträgt ca. 1,2 V.
Der Spannungsunterschied ergibt sich dadurch, dass nach Abb. 8.6 auch ein Teil der zuge-
führten Wärme zur Wasserspaltung verwendet wird.
Bevorzugt wird heute die Elektrolyse mit Polymermembranen, der schematische Auf-
bauistebenfallsinderAbb. 8.7 gezeigt.DurchdiePolymermembrankönnenhöhereIonen-
ströme geleitet werden, was erforderlich ist, wenn große Mengen vonWasserin Wasserstoff
und Sauerstoff gespalten werden sollen. Das elektrische Verhalten der möglichen Elektro-
lyte ist in Abb. 8.8 gezeigt. Für den Wirkungsgrad der elektrolytischen Spaltung wird in
der Literatur ein Wert

η (i)

Sp ≈ ,

(8.61)

angegeben. Wasserstoff als Speichermedium ist ein leicht flüchtiges Gas, das in der Erdat-
mosphäre wegen seiner geringen Masse fast nicht vorkommt, siehe Abschn. 6.2.1 . Ein wei-
teres Problem einer zuküntigen Wasserstoffwirtschat ist daher das Konzept für einen
geeigneten Speicher. Für mögliche Konzepte bieten sich, je nach der geforderten Energie-
dichte w , 5 verschiedene Verfahren an:

1. Speicherung bei Normalbedingungen,
2. Speicherung nach Wasserstoffkompression,
3. Speicherung nach Wasserstoffverflüssigung,
4. Speicherung durch Anlagerung an Metallhydride,