Innovation – Mini-Brennstoffzelle für Smartphones, Smart Watches & Co.

Innovation – Mini-Brennstoffzelle für Smartphones, Smart Watches & Co.
Nachhaltiges Energiekonzept

Koreanische Forscher haben eine kleine und leichte Brennstoffzelle entwickelt, die als Stromversorger für tragbare elektronische Geräte wie beispielsweise Smartphones und Smart Watches eingesetzt werden kann. Die Mini-Brennstoffzelle stellt für die Umwelt keine Belastung dar und soll der Batterie bzw. dem Akku Konkurrenz machen.

Wie funktioniert die Mini-Brennstoffzelle?

Brennstoffzellen erzeugen elektrische Energie, in dem sie die chemische Reaktionsenergie eines Brennstoffes und eines Oxidationsmittels umwandeln. Die Bauteile für die Zelle sind schwer, voluminös und starr, weshalb es bisher noch nicht geglückt war, eine kleine, leichte und flexible Brennstoffzelle herzustellen. Die Forscher aus Südkorea des Zentrums für Nanopartikelforschung am Institut of Basic Science setzten daher alles auf ein völlig neues Design. Bestehend aus konischen Elementen, welche sich ganz einfach übereinander stapeln lassen, kann die Zahl der Teile, die für die Montage der Brennstoffzelle notwendig sind, enorm reduziert werden. Es werden weder Schrauben noch Klemmen benötig. Eine weitere Neuerung ist, dass die sperrigen Endplatten nicht mehr notwendig sind, die bei herkömmlichen Brennstoffzellen eingesetzt werden müssen. Die Bipolarplatte, welche ein Kernelement einer Brennstoffzelle ist, besteht aus Edelstahlgewebe, wodurch sie leicht und kompakt ist. Neben der Gasverteilung über die Fläche der Platte und der Gastrennung zwischen den angrenzenden Zellen, dient sie außerdem als Abdichtung nach außen. Bei der Mini-Brennstoffzelle kommen entweder Wasserstoff oder Methanol und Sauerstoff aus der Luft zum Einsatz.

Welche Vorteile bietet die Brennstoffzelle gegenüber einer Batterie?

Die von den Forschern entwickelte leichte Mini-Brennstoffzelle hat im Vergleich zu einer Batterie eine wesentlich höhere Energiedichte. Die Energiedichte ist unter anderem für die Betriebsdauer des tragbaren elektronischen Geräts entscheidend. Wird der Wasserstoff, der eingesetzt wird, mit Ökostrom erzeugt, wird während des Betriebs der Zelle die Umwelt nicht belastet. Ein wesentlicher Bestandteil des neuen Designs der Brennstoffzelle ist zudem eine äußerst flexible Struktur, die auf dem Prinzip der Papierfaltkunst Origami beruht. Durch diese Struktur, ist es möglich, dass sich die Mini-Brennstoffzelle sowohl falten als auch enorm verbiegen lässt. Die Forscher fanden heraus, dass das Volumen der Zelle um nahezu die Hälfte reduziert werden kann. Sogar ein Knick von 90 Grad führte lediglich dazu, dass die Leistung um 10 Prozent sank.

Zahlen und Fakten zu der Mini-Brennstoffzelle

  • Volumen: 0,565 Kubikzentimetern (entspricht einem Würfel mit einer Kantenlänge von 0,83 Zentimetern)
  • Gewicht: 0,22 Gramm
  • Leistung: 198 Milliwatt
  • Leistungsdichte: 897,7 Watt pro Kilogramm (betrieben mit Wasserstoff)
  • Kein Leistungsverlust nach mehr als 100 Lade- und Entladezyklen

Kommt Methanol für den Betrieb der Mini-Brennstoffzelle zum Einsatz, sind die Werte niedriger. Allerdings ist es wesentlich platzsparender und auch einfacher, flüssiges Methanol zu speichern.

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