Brennstoffzelle mit Kohleelektroden

Bei diesem Versuch wird die Fähigkeit von Graphitelektroden, eine geringe Menge an Gasen kurzzeitig zu speichern, illustriert. Diese Fähigkeit wird ausgenutzt, um nach einer Elektrolyse kurzzeitig die Reaktion umzukehren, sodass eine Brennstoffzelle entsteht. Somit kann dieser Versuch sehr gut zeigen, dass die Brennstoffzelle die Umkehrreaktion der Elektrolyse ist.

Für diesen Versuch sollten die SuS eine Einführung in die Redoxreaktionen erhalten haben und bereits Elektrolysen sowie galvanische Elemente kennen. Es empfiehlt sich außerdem, diesen Versuch erst nach der Einführung in Brennstoffzellen durchzuführen, damit die SuS die speichernde Wirkung der Graphitelektroden besser nachvollziehen können.

Wenn eine Stromquelle angeschlossen ist, findet eine Elektrolyse statt. Dabei wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.

2 H₂O_(l) → 2 H_{2 (g)} + O_{2 (g)}

Wenn die Stromquelle durch einen Verbraucher ersetzt wird, findet keine Elektrolyse mehr statt. Allerdings können die porösen Graphitelektroden ein wenig von den zuvor produzierten Gasen speichern. Unter Energieabgabe findet deshalb eine Rückreaktion statt, bei der die gespeicherten Gase wieder zu Wasser reagieren. Diese Energie kann von einem Verbraucher genutzt werden, zum Beispiel leuchtet eine Glühbirne kurzzeitig auf, wenn sie mit der Zelle verbunden wird.

2 H_{2 (g)} + O_{2 (g)} → 2 H₂O_(l)

Da nur eine geringe Menge an Gas gespeichert werden kann, lässt die Spannung schnell nach.