Die Elektrodenreaktionen, die in einer Brennstoffzelle ablaufen, lassen sich zum einen so formulieren, das man den Ladungsausgleich mit H₃O⁺-Ionen durchführt: (Variante 1):

Die Elektrodenreaktionen, die in einer Brennstoffzelle ablaufen, lassen sich zum anderen (einfacher) so formulieren, das man den Ladungsausgleich mit H⁺-Ionen durchführt: (Variante 2):

für Experten: Elektrodenreaktionen in einer alkalischen Brennstoffzelle  

Berechnung der Spannung einer Brennstoffzelle mit saurem Elektrolyten

Unterrichtstunde von Simon Müller am 23.01.2018  

Für Experten: 

Berechnung der Spannung einer Brennstoffzelle ("alkalischer Elektrolyt")

Unterrichtstunde von Simon Müller am 23.01.2018 

Geschichte

[...]

Erst in den 1950er Jahren wurde die Idee wieder aufgegriffen, da in der Raumfahrt und beim Militär kompakte und leistungsfähige Energiequellen benötigt wurden. Die Brennstoffzelle wurde ab 1963 erstmals an Bord eines Satelliten und für die Gemini- und Apollo-Raumkapseln eingesetzt.

[...]
In den 1990er-Jahren führte die kalifornische Gesetzgebung zu neuen Impulsen. Nun wurden Fahrzeuge mit niedrigen Emissionen von jedem Hersteller gefordert. Seither machte die Brennstoffzellenentwicklung international große Fortschritte, sowohl in der Forschung als auch in der Anwendung.^[1]

Quelle: Seite „Brennstoffzelle“. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 18. Januar 2018, 13:14 UTC. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Brennstoffzelle&oldid=173064353 (Abgerufen: 21. Januar 2018, 18:38 UTC)

Quelle: Seite „Brennstoffzelle“. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 18. Januar 2018, 13:14 UTC. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Brennstoffzelle&oldid=173064353 (Abgerufen: 21. Januar 2018, 18:38 UTC)

Versuch: H-Tec Education - Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologie
http://www.h-tec.com/de/education/startseite/

Der Download der Bedienungsanleitung ist (im Januar 2018) möglich unter der folgenden UR:- http://www.h-tec.com/t3/fileadmin/content/edu/Anleitungen_neu/BDA_T203_de-0.50-web.pdf

Chemische Reaktion

Das Prinzip der Brennstoffzelle wurde 1838 von Christian Friedrich Schönbein anhand der Reaktion

2   H 2 + O 2 → 2   H 2 O {\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}+O_{2}\to 2\ H_{2}O} }

erfunden. Viele Brennstoffzellentypen nutzen heutzutage diese Reaktion als „kalte Verbrennung“ zur Gewinnung elektrischer Energie.

Ein wichtiges Beispiel ist die Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC). Eine solche Brennstoffzelle verwendet in der Regel Wasserstoff als Energieträger und erreicht einen Wirkungsgrad von etwa 60 %.
Andere Konstruktionen arbeiten mit Methanol oder Methan und erzeugen daraus den Wasserstoff mittels Dampfreformierung. Das Kernstück der PEMFC ist eine Polymermembran, die ausschließlich für Protonen durchlässig ist (also nur für H⁺-Ionen), die so genannte proton exchange membrane (PEM). Das Oxidationsmittel, für gewöhnlich Luftsauerstoff, ist dadurch räumlich vom Reduktionsmittel getrennt.

Der Brennstoff, hier Wasserstoff, wird an der Anode katalytisch unter Abgabe von Elektronen zu Protonen oxidiert. Diese gelangen durch die Ionen-Austausch-Membran in die Kammer mit dem Oxidationsmittel. Die Elektronen werden aus der Brennstoffzelle abgeleitet und fließen über einen elektrischen Verbraucher, zum Beispiel eine Glühlampe, zur Kathode. An der Kathode wird das Oxidationsmittel, hier Sauerstoff, durch Aufnahme der Elektronen zu Anionen reduziert, die unmittelbar mit den Wasserstoffionen zu Wasser reagieren.

Brennstoffzellen mit einem solchen Aufbau heißen Polyelektrolyt-Brennstoffzellen, PEFC (für Polymer Electrolyte Fuel Cell) oder auch Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle, PEMFC (für Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Die verwendeten Membranen sind saure Elektrolyten.

Redox-Reaktionsgleichungen für eine PEMFC:

Saurer Elektrolyt	Gleichung
Anode	2   H 2 + 4   H 2 O → 4   H 3 O + + 4   e − {\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}+4\ H_{2}O\to 4\ H_{3}O^{+}+4\ e^{-}} } Oxidation / Elektronenabgabe
Kathode	O 2 + 4   H 3 O + + 4   e − → 6   H 2 O {\displaystyle \mathrm {O_{2}+4\ H_{3}O^{+}+4\ e^{-}\to 6\ H_{2}O} } Reduktion / Elektronenaufnahme
Gesamtreaktion	2   H 2 + O 2 → 2   H 2 O {\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}+O_{2}\to 2\ H_{2}O} } Redoxreaktion / Zellreaktion

Es gibt auch alkalische Wasserstoff-Brennstoffzellen. Sie arbeiten jedoch nur mit hochreinem Wasserstoff und Sauerstoff. In ihnen werden die Gase durch poröse, katalytisch wirksame Elektroden in eine basische Lösung eingeleitet.

Die dort ablaufenden Redox-Reaktionen lauten:

Wie funktioniert die Brennstoffzelle?!
https://www.youtube.com/watch?v=8ElTJNCDsTY&t=12s

Brennstoffzelle Erklärung und Funktion
https://www.youtube.com/watch?v=UwG3EOoVmfE

Die Sendung mit der Maus - Brennstoffzelle - sehr sehr sehenswert, schöner kann man es nicht erklären! 
https://www.youtube.com/watch?v=jYcBYXia-Ms