Naturwissenschaften

Brennstoffzellen - "saubere" Energie für Auto, Handy & Co?

Veröffentlicht am 16.02.2010
  • Sekundarstufe II
  • 2 Stunden
  • Arbeitsmaterial, Primärmaterial/Quelle, Arbeitsblatt, Thematischer Hintergrund

Mit Unterrichtsmaterialien der Max-Planck-Gesellschaft erarbeiten Schülerinnen und Schüler, wie Brennstoffzellen funktionieren und welche technischen Herausforderungen sie an die Forschung stellen. Auch die Frage, ob Brennstoffzellen-Autos automatisch umweltfreundlich sind, wird untersucht.

Didaktisch-methodischer Kommentar

Themen der Unterrichtseinheit

Laptops oder Handys, die von winzigen Brennstoffzellen gespeist werden, Kleinkraftwerke auf Wasserstoffbasis, die Wohnhäuser mit Energie und Wärme versorgen und umweltfreundliche "Wasserstoffautos" - Forscherinnen und Forscher entwickeln zurzeit immer neue Ideen, wie Brennstoffzellen im Alltag genutzt werden können. Allerdings sind die meisten Brennstoffzellen-Typen von der Serienreife noch weit entfernt. Zum einen fehlt es an den technischen Möglichkeiten zur umweltfreundlichen Herstellung von Wasserstoff. Das Ausweichen auf Methanol als Brennstoff könnte dabei helfen, die Technologie zu einer Alternative zu fossilen Brennstoffen werden zu lassen. Auf der Suche nach den perfekten Werkstoffen für die Brennstoffzelle von Morgen ist man zwar auf einem guten Weg - auch mithilfe der Nanochemie - aber eben noch nicht am Ziel.

Bezug zur Nanotechnologie

Damit die "kalte Verbrennung" von Wasserstoff funktioniert, müssen beide Elektroden der Brennstoffzelle mit einem Katalysator beschichtet sein. Am Max-Planck-Institut für Kohlenstoffforschung in Mühlheim an der Ruhr werden dafür Metall-Nanopartikel entwickelt, die für eine große katalytisch aktive Oberfläche sorgen. Die Metalloxid-Nanoteilchen werden zunächst auf einem Trägermaterial - das können feine Rußkörnchen sein - fixiert, danach zu einer porösen Elektrode zusammengepresst und anschließend zum Metall reduziert.

Materialien der Max-Planck-Gesellschaft

Die Materialien der Unterrichtseinheit sind ein Angebot der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. Auf der Webseite max-wissen.de finden Sie weitere Materialien für den Unterricht und Hintergrundinformationen zu aktuellen Forschungsthemen aus Physik, Chemie, Biologie und Erdkunde. An allen max-wissen-Beiträgen sind Fachwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft beteiligt: Aktualität und fachliche Richtigkeit sind somit gewährleistet.

  • Unterrichtsverlauf und Materialien
    Der Verlauf der Doppelstunde und die Anbindung des Themas an die Lehrpläne werden kurz skizziert. Hier finden Sie auch eine Übersicht der Materialien.
  • GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema
    Die hier zusammengestellten Artikel (PDF-Download) bieten weitere Details zur technischen Entwicklung und der möglichen zukünftigen Bedeutung von Brennstoffzellen.

Vermittelte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen:

  • Brennstoffzellen als alternative Energiequellen für Fahrzeuge oder Mobilfunkgeräte kennen lernen.
  • die Umweltfreundlichkeit von Brennstoffzellen realistisch einschätzen können.
  • das Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle erarbeiten und erklären können.
  • erkennen, welche Probleme Forscherinnen und Forscher auf dem Weg zum serienreifen Produkt noch überwinden müssen.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaBrennstoffzellen - "Saubere" Energie für Auto, Handy & Co?
AutorinDr. Ute Hänsler, Dieter Lohmann
FächerChemie, fächerübergreifend ausbaubar (Physik, Biologie, Geographie, Politik)
ZielgruppeSekundarstufe II
Zeitraum2 Stunden
Technische VoraussetzungenComputer mit Internetzugang (Recherche, Präsentation von Animationen per Beamer)

Dieter Lohmann ist ausgebildet für das Lehramt an Gymnasien und arbeit als Redakteur beim Online-Magazin Scinexx.


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