Ziel des Versuchs: Bei dem Versuch soll auf die Möglichkeiten zur Verwendung von Brennstoffzellen aufmeksam gemacht werden, indem man zeigt, dass sie den Strom aus einer Solarzelle spreichern können.
| Thema: Brennstoffzelle | Tags: Brennstoffzelle, Solarzelle, Elektrolyse, Energiespeicher | Klassenstufen: 9-10 | Versuchsart: SV |
Materialien
Materialkoffer zur Brennstoffzelle (enthält Solarzelle, Elektrolysator, Brennstoffzelle und motorbetriebener Rotor)
Chemikalien
Wasser
Durchführung
Die Solarzelle wird mit dem Elektrolysator verbunden. Die dort aufgefangenen Gase werden in die Brennstoffzelle geleitet. Diese wird mit dem motorbetriebenen Rotor verbunden.
Beobachtung
Bei Belichtung der Solarzelle beobachtet man im Elektrolysator eine Gasbildung. Diese verläuft umso heftiger, je mehr die Sonne scheint. Nach kurzer Zeit beginnt der Rotor sich zu drehen.
Deutung
Mithilfe des durch die Solarzelle erzeugten Stroms wird Wasser elektrolysiert. Dabei entstehen Wasserstoff und Sauerstoff, die in eine Brennstoffzelle geleitet werden.
2 H2O (l) → 2 H2 (g) + O2 (g)
Diese Reaktion funktioniert nur, solange Elektronen zugeführt werden. In der Brennstoffzelle reagieren Sauerstoff und Wasserstoff miteinander zu Wasser unter Freisetzung von elektrischer Energie.
Kathode: O2 (g) + H2O (l) + 4 e- →4 OH- (aq)
Anode: H2 (g) + 2 OH- (aq) → 2 H2O (l) + 2 e-
Während an der Kathode also Elektronen gebraucht werden, herrscht an der Anode ein Überschuss an Elektronen. Um dieses Gefälle auszugleichen, fließen Elektronen von der Anode zur Kathode. Dieser Elektronenfluss ist der Strom, welcher auch den Motor antreibt.
Entsorgung
Übriges Wasser kann in den Abfluss gegeben werden.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Im Anschluss an diesen Versuch sollte man erarbeiten, an welchen Orten Brennstoffzellen zur Speicherung von Energie dienen und wieso. Dies kann z.B. in Kleingruppen geschehen und die Ergebnisse könnten im Anschluss als Kurzreferate vorgestellt werden. Sollten solche Koffer nicht zur Verfügung stehen (was aufgrund der Kosten sehr wahrscheinlich ist), so lässt sich ein ähnlicher Versuchsaufbau auch von den SuS selbst gestalten. Hierzu könnten einzelne Gruppen je einen Teil der Apparatur aufbauen. Allerdings muss eine ausreichende Anzahl an Solarzellen vorhanden sein. Alternativ kann auch nur ein Versuchsaufbau auf dem Lehrertisch aufgebaut werden. Dieser könnte dennoch von den SuS mitgestaltet werden.
Literatur
Experimentierkoffer: Hydro-Genius® School/Teach
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