Eine aktuelle umfassende Übersicht über Brennstoffzellen: Geschichte, Typen und Anwendungen

Diese Übersicht behandelt die Geschichte, Grundlagen und Anwendungen verschiedener Brennstoffzellentechnologien, einschließlich Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFCs), direkter Methanol-Brennstoffzellen, Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs), Phosphorsäure-Brennstoffzellen (PAFCs), alkalischer Brennstoffzellen (AFCs) und geschmolzener Carbonat-Brennstoffzellen (MCFCs). Jüngste Fortschritte in den Brennstoffzellentechnologien haben zu potenziellen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Transportwesen sowie in tragbaren und stationären Energieerzeugungen aufgrund hoher Effizienz und niedriger Emissionen geführt. Die Brennstoffzellentypen werden auch in Bezug auf Effizienz, Betriebstemperatur, Lebensdauer, Energie-/Leistungsdichte und Kosten verglichen. Es wurde festgestellt, dass PEMFCs die höchste Masseneffizientschicht erreichen, mit 1.000 W/kg im Vergleich zu weniger als 100 W/kg für SOFCs, was sie für tragbare Anwendungen wie Flugzeuge geeignet macht. PEMFCs und AFCs eignen sich für Anwendungen bei niedrigen Temperaturen und sind sehr effizient. SOFCs und MCFCs sind besser für Hochtemperaturanwendungen geeignet. SOFCs sind robust und für hohe Leistungsanforderungen geeignet, während MCFCs Vorteile bei hoher Leistungsabgabe bieten. Wasserstoff-Brennstoffzellen versprechen, die Verkehrs- und Luftfahrtsektoren zu dekarbonisieren, mit den Vorteilen eines geringeren Gewichts, Kompaktheit und schneller Startzeiten. Es bestehen jedoch Herausforderungen hinsichtlich der erneuerbaren Wasserstoffproduktion/infrastruktur und der Integration in Flugzeuge, neben Wasserstoffspeicherung, Wassermanagement in Brennstoffzellen und operativer Robustheit unter variierenden Drücken. Generell sollte bei allen Brennstoffzellentypen mehr Augenmerk auf die Verbesserung der Stabilität und Effizienz der Brennstoffzellmaterialien und die Senkung ihrer Kosten gelegt werden.