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Eine Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Zelle, die die chemische Energie eines Brennstoffs (oft Wasserstoff) und eines Oxidationsmittels (oft Sauerstoff) durch zwei Redoxreaktionen in Elektrizität umwandelt. Brennstoffzellen unterscheiden sich von den meisten Batterien dadurch, dass sie eine kontinuierliche Brennstoff- und Sauerstoffquelle (normalerweise aus Luft) benötigen, um die chemische Reaktion aufrechtzuerhalten, während in einer Batterie die chemische Energie normalerweise aus Metallen und ihren Ionen oder Oxiden stammt, die üblicherweise bereits im Batterie, außer bei Flow-Batterien. Brennstoffzellen können kontinuierlich Strom produzieren, solange Brennstoff und Sauerstoff zugeführt werden.

Es gibt viele Arten von Brennstoffzellen, aber alle bestehen aus einer Anode, einer Kathode und einem Elektrolyten, der Ionen, oft positiv geladene Wasserstoffionen (Protonen), zwischen den beiden Seiten der Brennstoffzelle bewegen lässt. An der Anode bewirkt ein Katalysator, dass der Brennstoff Oxidationsreaktionen durchläuft, die Ionen (oft positiv geladene Wasserstoffionen) und Elektronen erzeugen. Die Ionen wandern durch den Elektrolyten von der Anode zur Kathode. Gleichzeitig fließen Elektronen über einen externen Stromkreis von der Anode zur Kathode, wodurch Gleichstrom erzeugt wird. An der Kathode bewirkt ein weiterer Katalysator, dass Ionen, Elektronen und Sauerstoff reagieren und Wasser und möglicherweise andere Produkte bilden. Brennstoffzellen werden nach der Art des verwendeten Elektrolyten und nach der unterschiedlichen Startzeit klassifiziert, die von 1 Sekunde für Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM-Brennstoffzellen oder PEMFC) bis 10 Minuten für Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) reicht.
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