Aufgabe Modul B - 2.1, 2.3, 2.5 · Abitur Hessen Chemietechnik LK 2021

Neben den konventionellen Antrieben mit Verbrennungsmotoren kommen zunehmend Elektroantriebe auf den Markt. Zumeist beziehen Elektrofahrzeuge ihre Energie aus mitgeführten Energiespeichern, die zuvor ausreichend betankt bzw. aufgeladen werden. In Elektrofahrzeuge eingebaute Brennstoffzellen hingegen erzeugen elektrischen Strom direkt aus einem Kraftstoff, z. B. Wasserstoff.

Material 4: Schematische Darstellung einer alkalischen Brennstoffzelle

Material 5: Verfahrensfließbild der Methanol-Herstellung

2.1 Alkalische Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle wandelt chemische in elektrische Energie um. Material 4 zeigt die schematische Darstellung einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle mit dem alkalischen Elektrolyten Kaliumhydroxid KOH.

Ordnen Sie den Verbindungen A, B und C die entsprechenden Moleküle zu:

Anode:

Kathode:

Bruttoreaktion:

2.3 Wasserelektrolyse

Zur technischen Gewinnung von Wasserstoff wird, wenn kostengünstige elektrische Energie zur Verfügung steht, die Wasserelektrolyse durchgeführt. Elektroden tauchen dabei in Wasser ein, das durch Zugabe von etwas Schwefelsäure leitender gemacht wird. Bei der Elektrolyse dieser verdünnten Schwefelsäure wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt:$$2\,\mathrm{H_2O}\,(\mathrm{l}) \rightarrow 2\,\mathrm{H_2}\,(\mathrm{g}) + \mathrm{O_2}\,(\mathrm{g})$$Berechnen Sie die Masse an Wasserstoff, die bei dieser Elektrolyse mit einer Stromstärke von $I = 2{,}00\,\mathrm{kA}$ und einer Stromausbeute von $87{,}5\,\%$ in einem Zeitraum von $4{,}00\,\mathrm{Stunden}$ abgeschieden wird.

2.5 Vergleich Batterie und Akkumulator

Neben der Brennstoffzelle kommen in E-Autos auch alternative Energie-Speichertechniken, im Wesentlichen in Form von Lithium-Ionen-Akkumulatoren, zum Einsatz. Diese gehören zu den sogenannten Sekundärelementen.

Beschreiben Sie an jeweils einem selbst gewählten Beispiel den Unterschied zwischen einer Batterie (Primärelement) und einem Akkumulator (Sekundärelement).