Redox-Speicher für überschüssige Stromproduktion

Galvanische Zelle (Quelle Wikimedia)
Galvanische Zelle (Quelle Wikimedia)

Bei der Redoxreaktion werden Elektronen vom einer Reaktions-Elektrode auf die andere übertragen.

 

Bei der reversablen Reaktion (Ladungs- oder Entladungszyklus) findet eine Elektronenabgabe (Oxidation) durch einen Stoff sowie eine Elektronenaufnahme (Reduktion) statt.

 

Redoxreaktionen sind von grundlegender Bedeutung in der Chemie: Viele Stoffwechsel- und Verbrennungsvorgänge, technische Produktionsprozesse und Nachweise basieren auf Elektronenübertragungs- Reaktionen

Reversibilität von Redox-Teilprozessen am Beispiel Knallgas

Gesamtreaktion:   2 H2 + O2     >>  2 H2O
Oxidation: 2 H2   >> 4 H+ + 4e
Reduktion: O2 + 4e   >>   2 O2–

Nickel-Eisen Akku

Der Akkumulator ist mit 20%iger Kalilauge gefüllt. Der Luftabschluss erfolgt durch ein Überdruckventil. Am Eisen–Nickel–Akkumulator laufen folgende Reaktionen beim Ladevorgang ab (Entladung mit umgekehrten Reaktionen):

Nickel:              2 Ni (OH2) + OH-            à         2 NiO(OH) + H2O + 2e

Eisen:               Fe(OH)2 + 2e               à         Fe + OH

Der Nickel-Eisen-Akkumulator (Edison-Akkumulator) ist verwandt mit dem Nickel-Cadmium-Akkumulator, allerdings wird statt des giftigen Cadmiums Eisen verwendet.

Beim Laden überzieht sich die Nickelelektrode mit einem schwarzen Oxidbelag, der beim Entladen wieder verschwindet. Nach dem Aufladen ist zwischen den Elektroden eine Spannung von typisch etwa 1,3 Volt messbar.

Der Nickel-Eisen-Akkumulator gilt als mechanisch und elektrisch unempfindlich. Insbesondere ist eine Schädigung durch Überladung oder Tiefentladung nicht bekannt. Diese Eigenschaften haben zu einem Comeback der Technologie im Bereich der dezentralen Stromversorgung geführt.

Brennstoffzelle

Gesamtreaktion Basischer Elektrolyt:   2 H2 + O2     >>  2 H2O
Oxidation (Anode - Minus Pol): e-Abgabe 2 H2 + 4 OH   >> 4 H2O + 4 e
Reduktion (Kathode - Plus Pol): e-Aufnahme O2 + 2 H2O + 4 e   >>   4 OH
Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle.
Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle.

Eine Brennstoffzelle produziert direkt elektrische Energiedie (ohne Umwandlung in Wärme und Kraft). Die theoretisch erreichbare Nutzarbeit ist allein durch die freie Enthalpie der chemischen Reaktion beschränkt (hoher Wirkungsgrad). 

Die Elektroden der Brennstoffzelle ist durch eine semipermeable Membran oder einen Elektrolyt (Ionenleiter) voneinander getrennt.

Die Energie liefert eine Reaktion von Sauerstoff und Brennstoff Wasserstoff (oder Methan, Methanol).

 

 

 

 

Die Spannung liegt bei 1,23 V für die Wasserstoff-Sauerstoff-Zelle bei einer Temperatur von 25 °C. In der Praxis werden 0,5–1 V erreicht. Die Spannung ist vom Brennstoff, von der Qualität der Zelle und von der Temperatur abhängig.


Weitere Informationen:

- Durchbruch für neuartige Stromspeicher (Pressemitteilung Fraunhofer Institut)

- GSK Produkte zu diesem Thema

- Wikipedia Redox