Brennstoffzelle

colonia · Anmeldungsdatum: 20.08.2011 Beiträge: 141

Meine Frage:
Hallo,
wir haben in der letzten Chemie Stunde ein Versuch zur Brennstoffzelle gemacht. Und den haben wir so durchgeführt: in 2 Bechergläser haben wir Kalilauge gefüllt und die beiden Bechergläser mit einer Salzbrücke "verbunden". Anschließend haben wir je eine Graphitelektrode in die Bechergläser getaucht, außerdem haben wir die Elektroden für 2min an eine Stromquelle angeschlossen und anschließend die Spannung gemessen.

Jetzt soll ich die Lade-und Entlade Vorgänge mit chemischen Reaktionsgleichungen beschreiben. Aber ich weiß noch nicht einmal richtig, um welche Vorgänge es sich überhaupt handeln soll. Im Internet stand etwas davon, dass bei der Brennstoffzelle Spannung durch die kontrollierte Reaktion mit H2 und O2 hergestellt wird.

Meine Ideen:
Daher vermute ich, dass irgendwie O2 und H2 entstehen müssen.
Ich würde sagen, dass beim Lade-Vorgang am
+Pol folgende Reation statt findet:

Am Minus Pol:

ABER mein Lehrer sagte, dass die Reaktion am Minus Pol die hier wäre:

Welche ist jetzt richtig und wieso und hat jemand eine Idee, wie es beim Entlade Vorgang aussehen könnte?

Colonia

magician4 · Moderator Anmeldungsdatum: 05.10.2009 Beiträge: 5837 Wohnort: Hamburg

zunaechst: es ist sinnvoll, bei einzelelektrodenvorgaengen ("halbzellenprozesse") da dann auch die elektroenchen mitzuschreiben, also so:

sodann:
es finden natuerlich nebeneinander alle moeglichen entladungs- /beladunsvorgaenge statt, ihr habt also insoweit beide recht.
konkret:

- H₃O⁺ + e^- --> 0.5 H₂ + H₂O

- H₂O + e^- --> 0.5 H₂ + OH^-

- OH^-+ e^- --> 0.5 H₂ + O^2-

.. plus ggf. weitere prozesse aus kombination der einelektronen-uebergaenge
( z.b. 2 OH ^- --> 2 OH ^.+ 2e^- --> H₂O₂ + 2 e^- , deprotonierung des H₂O₂ im knackalkalischen, wanderung des formal entstehenden O₂^2- einmal quer durch die suppe mit nachfolgender entladung gem. O₂^2- --> O₂ + 2 e^- )
... und bei dem ganzen nebeneinander ist halt immer die frage, welcher prozess (ggf. auch vor dem hintergrund der angelegten spannung) hier nun relevant ist, mithin zum netto-ergebnis der wasserstoff-erzeugung quantiitativ am meisten beitraegt.
hierzu sind zwei aspekte interessant: die konzentration der teilchen (sowie ihre beweglichkeit), und die leichtigkeit mit der sie reagieren

sicherlich ist H₃O⁺ rattenschnell beweglich in wasser, und es wird sowohl von der elektrode elektrostatisch gradezu magisch angezogen wie auch leicht entladen.
nur gibt es davon in einer kalilauge so erschreckend wenig (so um die 10^-14 mol/l in einer einmolaren KOH ) , und was nuetzt dir der superstar im ring der praktisch nie da ist: der zerrt nicht wirklich die wurst vom teller
und wasser? nunja, es wird nicht wirklch stark von der elektrode angezogen (eher in ihrem feld ausgerichtet), und sein normalpotential ist auch nicht ganz so lecker wie das des solvatisierten protons....
...aber dafuer draengelt es sich mit ~ 55.5 mol/l gradezu in scharen um die elektrode herum

--> wenn du nicht grad mit ultramicroskopischsten stroemchen arbeitest, wird dann und wann sicherlich ein wassermolekuelchen entladeb werden, je stromstaerker desto mehr
--> ich persoenlich wuerde bei einer wasser-elektrolyse mit mehr als vernachlaessigbarem umsatz immer das wasser als zu entladende species formulieren, besonders im knackalkalischen, weil es eben quantitativ den loewenanteil beisteuert, und nicht das H₃O⁺
(ausserdem waere ohne das permanente nachliefern von H₃O⁺ durch autoprotolyse des wassers sowieso zuegisch schluss mit dem elektrolysieren, denn die paar picocoulomb um da das initial-inventar wegzuknuspern sind ultraschnell verknuspert)

aber vermutlich bereitet deinem lehrer das nachfolgende ausgleichen der entstehenden species in der suppe sodann ideologische probleme, oder er bekommte es nicht hin oder oder oder

wer weiss das alles schon so ganz genau.....

gruss

ingo

colonia · Anmeldungsdatum: 20.08.2011 Beiträge: 141

Danke für die umfanhreiche Antwort Thumbs up!

Da ich jetzt weiß, dass also dise Reaktionen doch stimmen, würde ich sagen, dass der Entlade-Vorgang die selbe Reaktoin nur in die umgekehrte Richtung geht.

colonia

colonia · Anmeldungsdatum: 20.08.2011 Beiträge: 141

Hallo!
Hab da eine Frage zu der Berechnung von der Spannung einer Brennstoffzelle.

Die Frage lautet so:
Berechnen Sie die Spannung die beim Entladevorgang entsteht, wenn die Konzenztration der H+ Ionen o,oo1 mol/L ist und die Konzentration der OH- Ionen o,1mol/L entspricht.

Ist meine Rechnung so ok?

Jetzt muss ich nur noch Akzeptor Halbzelle minus Donator machen, aber welche ist denn nun Akzeptor und Donator?

lg
colonia

colonia · Anmeldungsdatum: 20.08.2011 Beiträge: 141

Hat keiner eine Idee, wie weiter machen könnte?

magician4 · Moderator Anmeldungsdatum: 05.10.2009 Beiträge: 5837 Wohnort: Hamburg

| ( -0.0885) - 0.3852 | = | 0.3852 - (-0.0885) |

--> der absolutbetrag der spannung ist stets der gleiche
--> du musst also nur "definieren" was hier welcher pol sein soll

wenn wasserstoff gem. H₂ --> 2 H⁺ + 2 e^- in loesung geht, werden an der entsprechenden elektrode dann negative ladungen generiert

umgekehrt benoetigt die andere elektrode ladungen, damit sauerstoff gem. O₂ + 2 e^- --> 2 O^2- dortselbst in loesung gehen kann

an der wasserstoff-seite findet oxidation statt, sie ist daher anode, also donor-elektrode: das ist der minus-pol

an der sauerstoff-seite findet reduktion statt, sie ist daher kathode, also akzeptor-elektrode: das ist der plus-pol

alles klar?

gruss

ingo

colonia · Anmeldungsdatum: 20.08.2011 Beiträge: 141

Hallo

ich kam einbischen mit den Prozessen in den Halbzellen durcheinander, aber jetzt hab ich es auch verstanden, dankeschön Thumbs up!

lg
colonia