Umbau eines Rollers auf Brennstoffzellenbetrieb

Drucken
Kategorie: Dokumentation
Veröffentlichungsdatum Geschrieben von Mats Marcus

(PDF download)


Hilden, den 6.1.2006 - 13.2.2006

Teilnehmer:  Tobias Bach ; Fabian Preiss ; Thomas Dietz
Betreuender Lehrer: Herr Dr. Johann Pleschinger
Unterstützende Firmen: 3M ; ZBT

 

Kurzfassung:

Die Idee der vorliegenden Arbeit entstand aus einer Anfrage unseres Sponsorunternehmens, der Firma 3M, ob wir Interesse hätten, einen konventionellen Elektroroller auf Brennstoffzellen-Antrieb umzurüsten. Dieses Thema spielt z. Z. in der Automobilindustrie angesichts der rasant steigenden Brennstoffpreise eine zentrale Rolle, mehrere  Autohersteller arbeiten fieberhaft  daran, brennstoffzellen-betriebene Fahrzeuge herzustellen.


Unser kleiner Elektroroller wird von einem 280 Watt Elektromotor angetrieben, er arbeitet mit 24 V. Der Konzern 3M stellt die aus 7 dünnen Schichten bestehenden sog. PEM-Brennstoffzellen  (Proton Exchange Membrane) selber her, die unter Normalbedingungen eine Spannung von etwa 0,7V liefern. Um unseren Elektromotor damit betreiben zu können, benötigen wir also einen Stapel (Stack) aus 33 hintereinander geschalteten Brennstoffzellen. Der für den Betrieb des Motors erforderliche Wasserstoff befindet sich in einer etwa 50 cm langen zylindrischen Metallhydrid-Flasche mit einem Durchmesser von etwa 6 cm und unter einem Druck von 16 bar. Die Zu- und Abfuhr des Wasserstoffs erfolgt mit Hilfe von elektronisch gesteuerten Magnetventilen. Die erforderliche Luftmenge wird mit Hilfe eines Mini-Kompressors zugeleitet. Die Anfangs-Stromversorgung des Luftkompressors erfolgt mit einem 12V/1,2 Ah Akku, der nach „Anspringen“ des Stacks keine weitere Energie liefern muss, sondern vom selben geladen wird.


Ein selbst programmierbarer 12 V digital Controller  (Conrad) liefert die Momentanwerte  für Strom, Spannung, Leistung und Temperatur des Stacks. Diese Werte werden mit einem Hall-bzw. einem Temperatur-Sensor gemessen. Zum optimalen Betrieb muss die Temperatur des Stacks im Bereich von etwa 40-50 Grad Celsius liegen, die Kühlung des Stapels erfolgt mit Hilfe von zwei eingebauten PC-Kühlern. Die Reduzierung der mittleren Stack-Spannung von 25 V auf 12 V erfolgt mit auf Kühlbleche montierten Spannungsreglern.


Zur Drehzahlregelung des Elektromotors haben wir  ein eigenes Layout entwickelt, das nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation arbeitet und als Herzstück einen Motorola (On Semiconductor) 34060A IC besitzt.


Zur Zeit verwenden wir noch für den Betrieb des Halogen-Reflektors, der Hupe und den vier Led-Blinkern noch einen separaten zweiten Akku ( um  Strom zu sparen), dieser soll aber im Laufe der Parameteroptimierung aus dem Betrieb genommen und vom Stack ersetzt werden.

 

Gliederung

1. Einleitung

1.1 Wie das Projekt entstand
1.2 Ziele des Projektes
1.3 Stand der Informationsmaterialien und der verwendeten Technik

2. Entwicklung

2.1 Funktionsweise der verwendeten Technologien

a) Funktionsweise und Theorie des verwendeten Brennstoffzellenstacks
b) C-Control Station
c) Hydrid Speicher
d) E-Motor
e) Kompressor
f) Controller mit PWM Steuerung
g) Elektronik zur Steuerung der Wasserstoff/Luftzufuhr in Abhängigkeit von der Stromstärke mit Hilfe eines HALL-Sensors

2.2 Eigene Arbeiten
2.3 Probleme dabei

3. Ergebnisse der Arbeiten

3.1 Fertige Anbringung der einzelnen Elemente

4. Diskussionen

a) Weitere Verwendungsmöglichkeiten der Brennstoffzelle etc.
b) Vor und Nachteile

5. Quellenverzeichnis

 

1 Einleitung
1.1 Wie ist das Projekt entstanden?
Die Idee zu diesem Projekt entstand aus einer Arbeit der Physik-AG des Helmholtz- Gymnasiums-Hilden (HGH) mit 3M und dem Zentrum für Brennstoffzellentechnik (ZBT). Ziel ist es, einen serienmäßigen Elektroroller mit Akku auf Brennstoffzellenantrieb umzurüsten. Hierbei war damals die einzige Einschränkung, dass der Roller bis kurz vor den Weihnachtsferien fertig sein sollte. Heute ist der Roller bereits einsatzbereit, aber dennoch verbesserungswürdig. Wir fassten den Entschluss uns mit diesem Projekt bei Jugend forscht anzumelden, da das eine ganz neu Erfahrung für uns sein wird. Vor allem fasziniert uns die Vorstellung zu sehen, zu welchem Ergebnis andere Gruppen, mit vergleichbaren Versuchen gekommen sind.

1.2 Ziele des Projektes
Das Hauptziel unseres Projektes bestand Anfangs darin einen serienmäßigen Elektro-Roller mit einer Brennstoffzelle anzutreiben, da wir unter Zeitdruck standen war der Roller zwar am Ende fahrbereit, hatte jedoch viele Mängel. Unsere Ziele waren es nun, sowohl für eine eigens entwickelte Steuerung zu sorgen als auch die Geschwindigkeit des Rollers und dessen Sicherheit  drastisch zu erhöhen weiterhin war auch eine Reduzierung des Gewichtes und eine bessere Anbringung der Elektronik, der Wasserstoff-Schläuche und der Steuerung von Nöten. Ein zusätzliches Ziel war eine sichere Befestigung des Brennstoffzellenstacks und eine einwandfrei funktionierende Elektronik.

 

1.3 Stand der Informationsmaterialien und der verwendeten Technik

Die verwendeten Informationen sind selten älter als 3 Jahre und damit auf einem aktuellen Stand. Die Technik, mit der wir uns hauptsächlich beschäftigen, ist in der verwendeten Form sehr zeitgemäß.

 

2 Entwicklung
2.1 a) Funktionsweise und Theorie des verwendeten Brennstoffzellenstacks

Der von uns verwendete Brennstoffzellenstack besteht aus 33 Einzelzellen, mit der Größe 70 x 140 x 6 mm und hat eine Höchstleistung von etwa 450 Watt. Sie wird von zwei 5,25 Zoll Lüftern gekühlt um die Temperatur von 60 Grad Celsius nicht zu überschreiten, da ansonsten Membranen beschädigt werden können. Eine dieser Zellen besteht aus einer Membran (PEM), der empfindlichste Teil der Brennstoffzelle sie wird von zwei Katalysatoren (GDL- „Gas Diffusion Layer“) eingeschlossen. Diese Konstruktion heißt  CCM („Catalyst Coated Membrane“). Das CCM wiederum wird von zwei Bipolarplatten umschlossen. Alles zusammen bildet die Einzelzelle.

 Zeichnung Brennstoffzelle 2005/2006 _02  Zeichnung Brennstoffzelle 2005/2006 _03

Alle Einzelzellen werden hintereinander befestigt, so dass der Wasserstoff durch die Verteilerrillen der Bipolarplatten (diese Seite der Platte heißt „Flow-Field“) alle  Anoden erreichen kann. Von der anderen Seite wird Luft zugeführt. Die Elektronen des Wasserstoffs werden an der Anode abgenommen und dienen als elektrischen Strom. Das verbliebene H+ diffundiert durch die Membran zu Kathodenseite, wo das O2 mit den zurückgeführten Elektronen in Verbindung tritt und zu O2- wird. Die Membran ist so beschaffen, dass Wasserstoff hindurch kann, Sauerstoff aber nicht. Nun trifft das O2- mit den Wasserstoffionen aufeinander und reagiert mit ihnen zu H2O. Heraus kommt warmes destilliertes Wasser.

 Zeichnung Brennstoffzelle 2005/2006 _01

Die spritzgegossenen Bipolarplatten machen bis zu 30 % der Kosten eines Brennstoffzellen-Stacks aus und bestehen zu 70-80 % aus Kohlenstoff und zu 25-30 % aus Compound. Das ist Kunststoff der mit Leitfähigkeitsadditiven versetzt ist. Eine Bipolarplatte kann Temperaturen von  80° bis 100° C aushalten.

 Jufo Langfassung 2006 FuelCell-Scooter ZBT Bipolar_2  Jufo Langfassung 2006 FuelCell-Scooter ZBT Bipolar

Beispielhaft für die Leistung einer Brennstoffzelle ist eine sich ergebene Strom/Spannungskennlinie dargestellt. (Einzeller, 50 cm² aktive Fläche, 55 °C temperiert H2 u Luft-Befeuchtung)

 Jufo Langfassung 2006 FuelCell-Scooter ZBT Performance

Derzeit konnten jedoch  erst Wirkungsgrade von 50% - 65% erzielt werden.

 

2.1 b) C-Control II Station
Die C-Control II Station dient der programmierbaren Ansteuerung elektrischer und elektronischer Geräte. Sie basiert auf einem Mikrocontroller der deutschen Firma Infineon Technologies. Die C-Control II Station wird zur Lösung komplexer Steuerungsprobleme eingesetzt. Sie kann analoge Messwerte und Schalterstellungen erfassen und in Abhängigkeit davon Schaltsignale ausgeben, z.B. für Relais oder Stellmotoren. Außerdem kann sie mit Sensoren und anderen Steuerungssystemen vernetzt werden. Die C-Control II Station wird mit der Programmiersprache C2 vom Anwender selbst für seine Aufgaben programmiert. In unserem Falle regelt sie die Luft und Wasserstoffzufuhr in Abhängigkeit von der benötigten Leistung. Das Programm für diese Aufgabe ist vom ZBT entwickelt worden.

2.1 c) Metallhydridspeicher
Das größte Problem von Technologien, die Wasserstoff  benötigen, ist das sichere Transportieren  und Lagern von Wasserstoff. Wasserstoff ist ein Gas  mit sehr geringer spezifischer  Dichte und deshalb benötigten schon kleine Mengen zur Lagerung einen großen Raum. Außerdem besteht Wasserstoff aus sehr kleinen Teilchen und diffundiert  deshalb durch die meisten Materialien hindurch. Eine Möglichkeit der Lagerung ist der Metallhydridspeicher. Hierbei handelt es sich um eine mit Metall, z.B. Magnesium oder Palladium gefüllte Kartusche. Wenn man nun in die Kartusche Wasserstoff pumpt, dann saugt das Metall diesen quasi auf. Bei Standardtemperatur und geringem Überdruck reagieren sie dabei nach folgender Gleichung:
Me + x/2 H2 MeHx (exotherm)
In der ersten Reaktionsphase, der sogenannten a-Phase (Alpha-Phase), werden an der Metalloberfläche katalytisch gespaltene Wasserstoffmoleküle, also Wasserstoffatome, als Einlagerungs- oder Zwischengitteratome in das Metallgitter gelöst. Erhöht man nun den Druck im Speicher, erhöht sich auch die Wasserstoffkonzentration im Metallgitter bzw. in der intermetallischen Bindung. Ist eine Sättigung der α-Phase erreicht, bildet sich an einigen Stellen Metallhydrid. Dies wird β-Phase (Beta-Phase) genannt. Da diese Reaktion exotherm verläuft, muß die Reaktionswärme abgeführt werden, um einen Stillstand der Reaktion zu vermeiden. Da der Phasenübergang von der α- in die β-Phase mit einer starken Änderung des ursprünglichen Metallgitters einher geht, zerfällt das Ausgangsmaterial in feines Pulver. Um den Wasserstoff wieder aus der Flasche zu entnehmen, muss man nur das Ventil an der Flasche öffnen, und die Reaktion erfolgt in verkehrt Form. Dann erhält man wieder die Ausgangsmaterialien, Metall und reinen Wasserstoff. Dieser Vorgang verläuft dann endotherm und bringt den Prozess bei zu großer Abkühlung zum Stillstand. Das heißt, dass nur sehr wenig Wasserstoff ungewollt austreten kann, weil der Prozess automatisch unterbrochen wird.

 Jufo Langfassung 2006 Metallhydridspeicher

2.1 d) E-Motor
Der in unserem Roller verwendete Elektromotor stammt von der chinesichen Firma Zhejiang Unite Motor Co., Ltd, die sich auf die Herstellung von Kleinmotoren spezialisiert hat. Das Modell. das wir verwendet haben, hat den Produktnamen MY1016 und basiert auf dem Prinzip des Ankermotors. Der Motor hat eine Leistung von 280 Watt (Das 6fache einer Halogenlampe) und eine Betriebsspannung von 24 Volt. Er liefert maximal 2750 Umdrehungen pro Minute.

2.1 e) Kompressor
Um den benötigten Sauerstoff bereit zu stellen, ist an dem Roller ein Kompressor der Firma KNF Neuberger angebracht. Es handelt sich hierbei um das Modell N815KNDC. Er hat eine Betriebsspannung von 12 Volt und eine Förderleistung von 16 l/min.

2.1 f) Controller mit PWM Steuerung
Um die Energie der Brennstoffzelle geregelt auf den Motor zu übertragen, braucht man einen Controller mit PWM Steuerung. Pulsweitenmodulation (PWM) nennt man die Modulation  eines Rechtecksignals  in seinem Tastverhältnis  bei konstanter Frequenz. Ohne die PWM Steuerung könnte der Motor nur mit Vollgas fahren oder stillstehen. Das Herz des Controllers ist ein IC (Integrated Circuit) von Motorola. Wir sind dabei diesen Controller selber zu bauen und haben schon einen Schaltung für kleine Motoren fertig gestellt.

2.1 g) Elektronik zur Steuerung der Wasserstoff/Luftzufuhr in Abhängigkeit von der Stromstärke mit
Hilfe eines HALL-Sensors Hallsensoren (oder Hallsonden, nach Edwin Hall) nutzen den Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern und Strömen. Wird ein Hallsensor in einem Magnetfeld angeordnet und von einem Strom durchflossen, so liefert er eine Ausgangsspannung die proportional zum Produkt aus magnetischer Feldstärke und Strom ist. Ist der Strom bekannt, kann man die magnetische Feldstärke messen; ist das Magnetfeld bekannt, kann man die Stromstärke messen. Sind Stromstärke und Magnetfeldstärke bekannt, dann kann der Hallsensor auch als Metalldetektor verwendet werden.
Anwendung von Hallsensoren

* Magnetfeldmessung (Magnetische Flussdichte)
* Potenzialfreie Strommessung (Stromsensor)
* Berührungs- und kontaktlose Signalgeber
* Schichtdickenmessgeräte

Bei Signalgebern sind vor allem die Fälle interessant, bei denen die Änderung des Magnetfeldes vergleichsweise langsam ist (so dass keine nennenswerte Induktionsspannung beim Einsatz einer Spule zu erwarten wäre). In der Automobilindustrie finden Hallsensoren vielfältige Anwendung, z.B. im Gurtschloss, im Türschließsystem, bei der Pedalzustandserkennung, in der Getriebeschaltung oder zur Steuerung des Zündzeitpunkts. Ferner findet man sie (in Chips integriert) im (echten) Laserdrucker, wo sie die Synchronisierung des Spiegelmotors steuern, Disketten-Laufwerken und bürstenlosen Motoren z.B. bei PC-Lüftern. Es gab sogar Tastaturen mit Hallsensoren unter jeder Taste.

Bauformen der Hallsensoren Hallsensoren werden aus dünnen Halbleiterplättchen (weil in ihnen die Ladungsträger-Dichte klein und somit die Elektronen-Geschwindigkeit groß ist, um eine möglichst hohe Hall-Spannung zu erzielen) in typischen Bauformen hergestellt:

* Rechteckform
* Schmetterlingsform
* Kreuzform

2.2 Eigene Arbeiten

 Jufo Langfassung 2006 Brennstoffzellenroller Übergabe_02

So sah der neue Roller nach der Übergabe am 22.06.2005 aus

 

Zum besseren Verständnis der einzelnen Komponenten und deren Wechselwirkung haben wir diese vom Roller abgenommen und im trockenen aufgebaut. Dabei ist jedoch die Steuerungseinheit ausgefallen, eine neue war unbedingt notwendig. (hier neues Exemplar)

 Jufo Langfassung 2006 Brennstoffzellenroller roh_02

Für die Unterbringung der Wasserstoffflasche hielten wir Dachrinnenhalterungen am sinnvollsten. Durch eine Überschneidung der beiden Antriebsketten (eine vom Motor und eine der Pedalen) mussten die Pedale von uns in einer bequemen Position festgeschweißt  werden.

 Jufo Langfassung 2006 Brennstoffzellenroller roh_01

 Jufo Langfassung 2006 FuelCell-Scooter Metallhydridspeicher

Für die Überprüfung und Einhaltung des erforderlichen Temperaturbereichs für den Stack haben wir einen elektronischen Temperaturschalter und ein LCD-Thermometer vorgesehen

 Jufo Langfassung 2006 FuelCell-Scooter Temp Sensor_01

 Jufo Langfassung 2006 FuelCell-Scooter Temp Sensor_kallib_01

 Jufo Langfassung 2006 FuelCell-Scooter Temp Sensor_kallib_02

Für die Unterbringung der einzelnen Teile unter anderem des Stacks waren 3 Holzkisten vorgesehen.

 Jufo Langfassung 2006 FuelCell-Scooter Konzept_1  Jufo Langfassung 2006 Brennstoffzellenroller Box_färben_01 Brennstoffzellenroller Kistenherstellung

Die Befestigungen dieser waren mehr abenteuerlich als sicher und werden normalerweise für den Lenker eines Fahrrades benutzt und kurz darauf stellte sich heraus, dass der Brennstoffzellenstack andere Maße als erwartet hatte. Somit passte die vorhergesehene Kiste nicht. Da wir unter starkem Zeitdruck standen benötigten wir nun eine schnelle Lösung.

 Umbau eines Rollers Konzept1

 Jufo Langfassung 2006 Brennstoffzellenroller Elektronik_chaos_01

 Jufo Langfassung 2006 Brennstoffzellenroller Elektronik_chaos_02

Nun wird die für den Stack vorgesehene Kiste zur Unterbringung der elektronischen Steuerung verwendet. In ihr befinden sich die C-Control-Station, die für die Drehzahlregelung den Kühler und die Pumpleistung verantwortlich ist, sowie die aus mehreren Platinen bestehende Spannungsumwandlungselektronik die dafür verantwortlich ist, dass die C-Control-Station nicht zu hohe Ströme bekommt auch den Controller heben wir dort untergebracht. Die elektrische Pumpe befindet sich in der mittleren Kiste. Jetzt ist das Gerät fast schon fahrbereit. Jedoch hat diese Art der Befestigung noch viele Mängel aufzuweisen, also haben wir uns dazu entschieden bessere Befestigungen zu verwenden um Gewicht zu sparen und um den Roller sicherer zu machen.

 Jufo Langfassung 2006 FuelCell-Roller Konzept_3

Das hier gezeigte Bild zeigt einen weiteren Zwischenschritt. Die für die Sauerstoffzufuhr zuständige Pumpe, unterhalb des Sattels ist neben einem kleinen Akku befestigt, der die Pumpe antreibt. Der Stack ist auf der neuen Platte bereits fest montiert. Anstelle einer Fahrradlenkerhaltung haben wir nun  Rohrhalterungen für die Befestigung der Pumpe verwendet.

Brennstoffzellenroller kurz vor dem jugend-forscht Wettbewerb Düsseldorf

Nach etwa 3 weiteren Wochen harter Arbeit ist der Roller bereits fahrtüchtig, einige Kabel sind noch etwas locker angebracht, einige weitere müssen noch gekürzt werden. Die Elektronik ist voll funktionstüchtig und alle Elemente angebracht, auch eine eigens geplante Blinkerschaltung mit LEDs konnte vorne in einem schwarzen Gehäuse funktionstüchtig untergebracht werden. Das Auffüllen des Wasserstoffspeichers fiel uns schwer wir mussten uns ein Verbindungsstück selbst hartlöten.

2.3 Probleme dabei:
Besondere Probleme haben uns in dieser Phase die sehr anfälligen Bauelemente des Rollers bereitet, die immer wieder durch andere ersetzt werden mussten, da sie funktionsunfähig waren. z.B. Ersatz des Controllers für die Drehzahlregelung, neue Pedale, neues Blinkrelais Befestigungsmuffen der Lenkstange und des Sattels beide Bremsgriffe und Bremsseile sowie spezielle Schrauben. Die Besorgung dieser Teile war öfters sehr mühsam und zeitraubend und setzte eine intensive Internetrecherche voraus. Auch die Pedalenkette hat uns Schwierigkeiten bereitet, da sie die Motorkette berührte. Aus diesem Grund haben wir uns dazu entschieden diese abzumontieren und die Pedale aus Sicherheitsgründen festzuschweißen. Weiterhin waren die Maße der Brennstoffzelle falsch angegeben so, dass die Kiste, die zu deren Aufbewahrung dienen sollte zu klein war und wir keine Verwendung mehr dafür finden konnten. Auch hat uns der Ausfall der für die Temperatur zuständigen Platine Probleme bereitet. Diese hat einmal funktioniert und danach nie wieder. Auch ist eine Platine, die uns ZBT zur Verfügung gestellt hat ausgefallen. Kurz vor der Fertigstellung des Rollers ist die Teflon-Dichtung des Druckminderers undicht geworden und das explosive Wasserstoff-Gas trat in großen Mengen aus, Ersatzmaterial stand uns nicht zur Verfügung, das Problem konnten wir erst am 2.3.2006 beheben lassen. Eine andere Schwierigkeit war auch das Auffüllen der Gasflasche, da wir keine Verbindungsstücke besaßen, diese ließen sich auch nach intensiver Recherche nicht finden.

3 Ergebnisse der Arbeiten
Fertige Anbringung der einzelnen Elemente (Bilder und Texte)

 Jufo Langfassung 2006 FuelCell-Scooter Konzept_3_r

 Umbau eines Rollers auf Brennstoffzellenbetrieb Jugend-forscht Düsseldorf 2006.jpg

Nach der Fertigstellung sind der Stack, die C-Control Station, der Druckminderer und die für die Spannungsumwandlung zuständige Elektronik auf einer Holzplatte auf dem Gepäckträger befestigt. Gegenüber des Wasserstoffspeichers, der immer noch an der alten Stelle befestigt ist befindet sich vorübergehend ein 12 Volt Akku-Block, wir werden ihn später durch vom Controller ausgehende Kabel ersetzt haben. An der Lenkerstange befindet sich nun die gewichtsarme Blinker Elektronik, die auch eine Verbindung besitzt zu den hinteren LED Blinkern. Es wurden insbesondere für die LED Blinker Schutzwiderstände benötigt, die hohen Stromstärken Stand halten mussten. Das Blinkerreley konnte leider nur außerhalb des Plastik-Gehäuses angebracht werden. Weiterhin sind unter dem Gehäuse die Verbindungen vom Gasgriff zum Controller sowie die Kabel des Standlichtes und der Hupe untergebracht.

 

Diskussionen
4 a) Weitere Verwendungsmöglichkeiten der Brennstoffzelle

Eine Brennstoffzelle ist vielseitig verwendbar, so kann sie zum Beispiel ein Elektro-Auto oder Bordinstrumente von Raumschiffen versorgen. Auch kann sie den Dieselantrieb sowohl von Lastwagen ersetzen und Strom in die Oberleitungen einspeisen, damit würde sich die Abhängigkeit von fossilen Energien und der Atomenergie deutlich reduzieren. Eine Brennstoffzelle kann auch in einem Haus eingesetzt werden und dort die Gas-Heizung ersetzen. Weiterhin Kann sie auch bei zum Beispiel Wetterbedingten Stromausfällen eine Mehrtägige Notstromversorgung in einem Haushalt vollständig abdecken. Vor allem öffentliche Verkehrsmittel können schon bald in größerem Maße diese Technik nutzen. Es existieren bereits erste Geräte, die für die Verwendung in Wohnwagen und Kleinbooten bestimmt sind.

4 b) Vor und Nachteile der verwendeten Technologien
Nachteile der Brennstoffzelle:
Die Nachteile der Brennstoffzelle liegen heutzutage hauptsächlich bei den hohen Kosten, die vor allem durch Katalysatoren sowie durch besondere Elektrolyte und Membrane hervorgerufen werden. Zudem ist die Herstellung des benötigten Wasserstoffs noch deutlich teuerer als es bei der vom Energiegehalt entsprechenden Menge an Benzin der Fall ist, dies wird sich jedoch bei einem größeren Einsatz von Bennstoffzellen ändern. Weiterhin hat eine Brennstoffzelle im Miniaturbereich noch nicht den gleichen Wirkungsgrad, wie ein größeres Modell, dies wir sich jedoch vermutlich bald ändern. Ein weiterer Nachteil der Brennstoffzelle liegt in der hohen Empfindlichkeit bei Erschütterungen, wie bei jedem hochtechnischem Gerät so können zum Beispiel bei einem Aufprall auf den Boden mehrere Zellen beschädigt werden oder ganz aussetzen.

Vorteile der Brennstoffzelle:
Eine Brennstoffzelle ist geräuschlos und absolut vibrationsfrei und wird durch die hohe Verlässlichkeit bereits erfolgreich im Weltraum verwendet. Das Endprodukt ist schadstofffrei es entstehen keinerlei Treibhausgase und dem Ozonabbau wird entgegengewirkt. Die Effektivität einer Brennstoffzelle ist nahezu unübertrefflich und sie wäre in einem Haushalt bei gerechter Handhabung keine Gefahrenquelle, da unter anderem die Knallgasreaktion kontrollierter als die Reaktion mit Benzin und Sauerstoff in Benzinmotoren abläuft. Da sich ein Stack aus vielen Brennstoffzellen zusammensetzt kann man selbst im Falle eines Ausfalles einzelner Brennstoffzelle den Stack nahezu unverschlechtert verwenden und die beschädigten Module können ohne große Schwierigkeiten ausgetauscht werden und durch den modulartigen Aufbau ist ein Stack auch erweiterungsfähig, was ein Benzinmotor zum Beispiel nicht ist. Zudem kann man die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern verringern. Eine Brennstoffzelle hat nahezu unbegrenzte Anwendungsmöglichkeiten und kann auch als transportable Alternative eingesetzt werden, was sich bei Wind oder Wasserenergie als äußerst schwierig darstellt, so kann sie zum Beispiel in Häusern und Fahrzeugen sowohl als Stromquelle als auch als Wärmequelle Verwendung finden. Wasserstoff wiegt deutlich weniger, als die dem Energiegehalt entsprechende Menge an Benzin und benötigt in Hydrid Speichern auch deutlich weniger Platz als dieses.

Vorteile des Hydrid Speichers
Der Hauptvorteil des Hydridspeichers liegt in der deutlich größeren Menge die an Wasserstoff, die bei gleichem Druck und gleichem Volumen im Vergleich zu einer normalen Druckflasche gespeichert werden kann in einem Hydridspeicher sind die einzelnen Wasserstoffatome bei einem Druck von 16 Bar durch die Bindung an die Hydridteilchen näher zusammen, als im flüssigen Zustand. Ein Hydridspeicher ist äußerst stabil, bei der Abgabe von Wasserstoff wird Wärmeenergie benötigt, dadurch kann selbst bei einer stärkeren Beschädigung des Hydridspeichers nur ein Bruchteil des enthaltenen Wasserstoffs abgegeben werden.

Nachteile des Hydrid Speichers
Die Nachteile des Hydridspeichers liegen vor allem im Preis und an der langen Füllungsdauer. Die enthaltenen Metallbindungen sind unter anderem Schwermetalle, die bei unsachgemäßer Entsorgung ein gewisses Risiko für die Umwelt darstellen.

Vorteile des umgerüsteten Rollers
Der Hauptvorteil des mit Brennstoffzellen angetriebenen Rollers liegt hauptsächlich in der Umweltfreundlichkeit und einem vom Elektromotor abgesehen fast geräuschlosen Roller. Zudem erhöhte sich nach der Umrüstung die Reichweite um ein vielfaches und die Maximalgeschwindigkeit konnte ebenfalls verbessert werden.

Nachteile des umgerüsteten Rollers
Die Nachteile liegen hauptsächlich im hohen Kostenfaktor, der langen Zeit und dem Aufwand, der für das Auftanken benötigt wird.

5 Quellenangabe

2.1a) Funktionsweise der Brennstoffzellenstack und dessen Leistung
N2.1a)3 http://www.zbt-duisburg.de/de/Technik/Forschung_und_Entwicklung/Brennstoffzellen/Bipolarplatten/sg-platten.jpg
N2.1a)4 http://www.zbt-duisburg.de/de/Technik/Forschung_und_Entwicklung/Brennstoffzellen/Bipolarplatten/compound.jpg
N2.1a)5 http://www.zbt-duisburg.de/de/Technik/Forschung_und_Entwicklung/Brennstoffzellen/Stacks/kennlinie-de.jpg
2.1g): http://www.ntb.chPubssensordemopdfNTB_08_hallstrom.pdf
4b)Vor und Nachteile der verwendeten Technologien
Quelle: http://www.uni-bayreuth.de/departments/didaktikchemie/umat/brennstoffzelle/brennstoffzelle.htm

#4
http://www.mariengymnasium-jever.de/alternative-energien/brenn10b/vorteile.html
Weitere Quellen:
www.wikipedia.de
www.diebrennstoffzelle.de
www.unitemotor.com
Handbuch der C-Control II Station
Unser Dank gilt weiterhin den Experten von ZBT und 3M, die uns Informationen zu der verwendeten Technologie gegeben haben.

Get a better hosting deal with a hostgator coupon or play poker on party poker

Facebook

Translate with Google

Impressum

Copyright 2011 BSZ-Roller. Mats Marcus
Joomla Templates by Wordpress themes free