Im Kampf gegen die globale Erwärmung werden der Transport und die Automobilindustrie zwei der Hauptakteure sein. Globale Automobilhersteller sind daher bestrebt, die sauberste, effizienteste und kostengünstigste Option für die Zukunft zu finden – denn das sichert den Absatz.
Der aktuelle Gewinner sind batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (EVs), die überwiegend mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben werden. Allerdings haben Batterien viele Nachteile, darunter eine begrenzte Lebensdauer und einen begrenzten Preis. Um diese Probleme anzugehen, suchen Hersteller nach Alternativen. Eine Option, die an Bedeutung gewinnt, ist Wasserstoff-Brennstoffzellen, aber sind diese besser als Batterien? Lesen Sie weiter, um die richtige Lösung für Sie zu finden!
Inhaltsverzeichnis
Was ist eine Batterie?
Was ist eine Wasserstoff-Brennstoffzelle?
Batterien vs. Wasserstoff-Brennstoffzellen: Die Unterschiede
Batterien vs. Wasserstoff-Brennstoffzellen: Was ist besser?
Schlussfolgerung
Was ist eine Batterie?
Eine Batterie ist ein Gerät, das Energie speichern und bei Bedarf entladen kann, indem es chemische Energie in Elektrizität umwandelt. Die Entladung von Elektrizität erfolgt durch die chemische Reaktion in einer oder mehreren elektrochemischen Zellen. Dies bedeutet, dass Batterien mit mehr Zellen eine höhere Entladungsleistung erreichen können.
Wie erzeugen elektrochemische Zellen Strom?
- Elektrochemische Zellen verfügen über zwei Anschlüsse (Elektroden), die über eine poröse Brücke verbunden sind.
- Über diese poröse Brücke, die die als Elektrolyt bekannte Chemikalie enthält, leiten die Elektroden untereinander elektrische Ladung (Elektronen) weiter.
- Der Verlust von Elektronen von der negativen Elektrode/dem negativen Anschluss (Anode) und deren Weiterleitung zur positiven Elektrode/dem positiven Anschluss (Kathode) durch den Elektrolyten führt zu einem Ladungs- oder Spannungsunterschied von einer Seite zur anderen, was zu ein Stromfluss.
Batterien können wiederaufladbar oder Einwegbatterien sein und aus vielen verschiedenen Materialien bestehen. Zu den gebräuchlichsten Materialien gehören Alkali, Lithium-Ionen, Lithium-Polymer und Nickel-Metallhydrid.
Abhängig von der Anzahl der elektrochemischen Zellen können Batterien unterschiedlich eingesetzt werden – größere Batterien können beispielsweise Elektroautos antreiben, während eine kleinere Batterie zum Betrieb einer Lampe oder Bohrmaschine verwendet werden kann.
Was ist eine Wasserstoff-Brennstoffzelle?
Wasserstoffbrennstoffzellen verfügen wie Batterien über eine Anode, eine Kathode und eine poröse Elektrolytbrücke. Anstatt jedoch chemische Energie zu nutzen, erzeugen Wasserstoff-Brennstoffzellen Strom durch die Reaktion von Sauerstoff- und Wasserstoffatomen. Da das einzige Nebenprodukt Wasser ist, ist die Nutzung dieser Energie zur Energieerzeugung umweltfreundlich.
Wie erzeugen Wasserstoffzellen Strom?
- Der Wasserstoff wird der Anode bzw. dem Minuspol zugeführt, während Sauerstoff der Kathode bzw. dem Pluspol zugeführt wird.
- An der Anode werden die Wasserstoffatome in Protonen (positive Ladung) und Elektronen (negative Ladung) getrennt.
- Die Protonen gelangen durch die Elektrolytmembranbrücke zur Kathode, während die Elektronen einen anderen Weg zur Stromerzeugung einschlagen.
- An der Kathode treffen Protonen und Elektronen aufeinander, wo sie sich mit Sauerstoff verbinden und so Strom erzeugen, wobei als Nebenprodukt Wärme und Wasser entstehen.
Wasserstoff-Brennstoffzellen sind sauber, aber weniger leistungsstark als Verbrennungs- und Chemiebatterien. Um also genügend Strom für den Antrieb von Maschinen, Fahrzeugen oder anderen elektronischen Geräten zu erzeugen, werden viele Wasserstoff-Brennstoffe gestapelt.
Batterien vs. Wasserstoff-Brennstoffzellen: Die Unterschiede
Wirkungsgrad
Derzeit sind herkömmliche Batterien effizienter als Wasserstoff-Brennstoffzellen, da sie mehr Leistung liefern. Dies ist einer der Hauptgründe dafür, dass große Hersteller von Elektrofahrzeugen wie Tesla und BYD weiterhin Batterien in ihren Herstellungsprozessen verwenden. Mit ausreichenden Investitionen und Forschung könnte sich dies jedoch ändern.
Trotz ihrer geringeren Effizienz sind Wasserstoff-Brennstoffzellen die erste Wahl für größere Fahrzeuge, darunter Lastkraftwagen und NASA-Raketen. Der Hauptgrund dafür ist das Gewicht.
Gewicht und Größe
Batterien sind schwer, und wenn sie in großen Lkws mit großer Reichweite oder anderen großen Fahrzeugen eingesetzt werden, kann dieses zusätzliche Gewicht die Vorteile „wiegen“. Wasserstoff-Brennstoffzellen hingegen sind kompakter und leichter – mit mehr Energie bei weniger Masse. Dadurch reduzieren sie beim Einsatz in großen Fahrzeugen das Gewicht und ermöglichen so eine größere Reichweite. Ein Beispiel: Ein Lkw mit einer Reichweite von 800 Kilometern würde sein Gewicht um 2 Tonnen einsparen, wenn er Wasserstoff-Brennstoffzellen anstelle von Batterien verwenden würde.
Toxizität
Wasserstoff-Brennstoffzellen sind die sauberere Option, da sie als Nebenprodukt nur Wärme und Wasser produzieren und keine giftigen Stoffe enthalten. Batterien hingegen sind bekanntermaßen schwer zu entsorgen 5% der recycelten Lithium-Ionen-Batterien. Batterien enthalten giftige Metallbestandteile, darunter Kobalt, Nickel und Mangan, die auf Mülldeponien häufig in die Erde gelangen und Wasserquellen verunreinigen. Hinzu kommt die kurze Lebensdauer von nur fünf Jahren (oder kürzer, je nachdem, ob sie vollständig entladen ist oder nicht). gepflegt) müssten mehr Batterien produziert werden als Wasserstoff-Brennstoffzellen.
Lade-/Tankinfrastruktur
Wasserstoff-Brennstoffzellen müssen nicht aufgeladen, sondern nur aufgetankt werden. Dies bedeutet, dass der Benutzer nicht stundenlang auf das Aufladen einer Batterie warten oder diese austauschen muss, wenn sie leer ist, sondern einfach nachtanken kann – was 15 Minuten dauert. Da Wasserstoff-Brennstoffzellen zudem nur Wasserstoff und Sauerstoff benötigen, ist die Betankung kostengünstig. Ein Problem bleibt jedoch die Zugänglichkeit, da Wasserstoff nicht immer leicht zugänglich ist. Dies könnte sich mit zunehmender Infrastruktur und Investitionen ändern.
PREIS
Die Kosten für Batterien und Wasserstoffkraftstoffe werden nicht nur vom Preis bestimmt, sondern auch von den Wartungskosten, den Lade-/Betankungszeiten und anderen ähnlichen Faktoren. Die Kosten für eine Batterie sowie deren Wartung und/oder Austausch bleiben hoch, während die Wiederaufladezeit lang ist. Wasserstoff-Brennstoffzellen hingegen sind relativ kostengünstig, haben kurze Betankungszeiten, sind leichter und eignen sich für Langstreckenfahrten. Allerdings sind die Kosten für die bei der Herstellung dieser Wasserstoffbrennstoffe benötigten Rohstoffe, wie beispielsweise Platyn, hoch.
Batterien vs. Wasserstoff-Brennstoffzellen: Was ist besser?
Da es an Infrastruktur für Wasserstoff-Brennstoffzellen mangelt und bei Batterien noch Innovationen möglich sind, geht es nicht darum, was jetzt besser ist, sondern was in Zukunft besser sein wird.
Derzeit gelten Wasserstoffkraftstoffe als die bessere Option für größere Fahrzeuge wie Raketen, Züge, Flugzeuge, Schiffe und sogar einige Baufahrzeuge. Dies liegt daran, dass sie leichter sind, keine langen Ladezeiten erfordern und eine längere Lebensdauer haben als Batterien. Dank des Verzichts auf bewegliche Teile sind sie zudem sehr leise – ideal für längere Fahrten.
Für kleinere Fahrzeuge, die von der Mehrheit der Bevölkerung genutzt werden, bleiben Batterien jedoch weiterhin die bevorzugte Option. Von Autos, Motorrädern und Transportern wird nicht erwartet, dass sie ständig lange Strecken zurücklegen, weshalb sie keine riesigen Batterien benötigen – was weniger Gewicht und kürzere Ladezeiten bedeutet. Dies könnte sich jedoch bald ändern, da Wasserstoff auf der Straße und auch bei großen Automobilherstellern leichter verfügbar wird Toyota, Hyundai und Honda Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellenautos.
Schlussfolgerung
Batterien und insbesondere Lithium-Ionen-Batterien stehen auch heute noch an erster Stelle in der Herstellung von Elektrofahrzeugen, doch die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Mineralien bedeutet das unvermeidliche Ende dieser Energiequelle. Obwohl sich die Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie noch in der Entwicklung befindet und derzeit teurer als Lithium-Ionen-Batterien ist, ist sie sauber, flexibel und Energieeffizienz.
Aufgrund dieser Eigenschaften und der Ziele globaler Regierungen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen einzudämmen und Emissionen zu reduzieren, wird erwartet, dass Fahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellen in naher Zukunft batteriebetriebene Elektrofahrzeuge ersetzen werden. Steigende Investitionen und Fortschritte in der Technologie werden zu einer höheren Effizienz von Wasserstoff-Brennstoffzellen führen, was zu einer prognostizierten Bewertung von über USD 131 Milliarden bis 2023 nur noch mehr USD 1.9 Milliarden im Jahr 2021.
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