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Elektrolyse

COPYRIGHT TEXT & BILDER: Michael Bockhorst

Die Zerlegung einer chemischen Verbindung durch elektrischen Strom. Prominentes Beispiel einer Elektrolysereaktion ist die Trennung des Wassers in seine chemischen Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff:

elektrolyse_wasser.gif

Im Wasser liegt eine geringer Anteil der Wasserteilchen (H2O) in Form von Ionen vor, einmal dem Wasserstoff-Ion (H+) und andererseits dem OH--Ion. Diese Ionen werden von der jeweils entgegengesetzt geladenen Elektrode angezogen:

  • An der Kathode - der negativen Elektrode - wird an das H+-Ion ein Elektron abgegeben, womit zwischenzeitlich ein Wasserstoff-Atom entsteht. Dieses verbindet sich schnell mit einem weiteren Wassertoffatom zu einem Wasserstoffmolekül H2; viele Wasserstoffmoleküle steigen dann als Gasblasen an der Elektrode auf und können gesammelt werden.
  • An der Anode - der positiv geladenen Elektrode - werden, vereinfacht dargestellt, zwei OH--Ionen zwei Elektronen abgenommen und zu einem Sauerstoffatom und ein Wassermolekül umstrukturiert. Zwei Sauerstoffatome bilden wiederum eine Sauerstoffmolekül, welches dann im Verbund mit anderen Sauerstoffmolekülen als Gasblase an der Anode aufsteigt, dort ebenfalls gesammelt werden kann.

Dieses Elektrolyseverfahren, welches in der technischen Praxis wesentlich komplexer wird, stellt die Schlüsselrolle bei der Herstellung des Wasserstoffs in einer Wasserstoffwirtschaft dar. Die technischen Komplizierungen sind die geeignete Wahl des Elektrodenmaterials, des Elektrolyten und die Wahl der richtigen Betriebsbedingungen. Der Wirkungsgrad der Elektrolyse des Wassers liegt in optimierten Anlagen bei etwa 60-80%, je nach den Ausführungen der Elektrolysezellen und den physikalisch-chemischen Bedingungen der Elektrolyse.

Die Umkehrreaktion ist die Vereinigung der Gase Wasserstoff und Sauerstoff in einer sogenannten Brennstoffzelle, die Strom mit Wirkungsgraden von 60--85 Prozent erzeugt.


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