Κυψέλη καυσίμουΤο l είναι ένα είδος συσκευής μετατροπής ενέργειας, η οποία μπορεί να μετατρέψει την ηλεκτροχημική ενέργεια του καυσίμου σε ηλεκτρική ενέργεια. Ονομάζεται κυψέλη καυσίμου επειδή είναι μια ηλεκτροχημική συσκευή παραγωγής ενέργειας μαζί με την μπαταρία. Μια κυψέλη καυσίμου που χρησιμοποιεί υδρογόνο ως καύσιμο είναι μια κυψέλη καυσίμου υδρογόνου. Η κυψέλη καυσίμου υδρογόνου μπορεί να γίνει κατανοητή ως η αντίδραση της ηλεκτρόλυσης του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο. Η διαδικασία αντίδρασης της κυψέλης καυσίμου υδρογόνου είναι καθαρή και αποτελεσματική. Η κυψέλη καυσίμου υδρογόνου δεν περιορίζεται από την θερμική απόδοση 42% του κύκλου Carnot που χρησιμοποιείται σε παραδοσιακούς κινητήρες αυτοκινήτων και η απόδοση μπορεί να φτάσει πάνω από 60%.
Σε αντίθεση με τους πυραύλους, τα στοιχεία καυσίμου υδρογόνου παράγουν κινητική ενέργεια μέσω της βίαιης αντίδρασης καύσης υδρογόνου και οξυγόνου και απελευθερώνουν την ελεύθερη ενέργεια Gibbs σε υδρογόνο μέσω καταλυτικών συσκευών. Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs είναι μια ηλεκτροχημική ενέργεια που περιλαμβάνει την εντροπία και άλλες θεωρίες. Η αρχή λειτουργίας των στοιχείων καυσίμου υδρογόνου είναι ότι το υδρογόνο αποσυντίθεται σε ιόντα υδρογόνου (δηλαδή πρωτόνια) και ηλεκτρόνια μέσω του καταλύτη (πλατίνα) στο θετικό ηλεκτρόδιο του στοιχείου. Τα ιόντα υδρογόνου περνούν μέσω της μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων στο αρνητικό ηλεκτρόδιο και το οξυγόνο αντιδρούν για να γίνουν νερό και θερμότητα, και τα αντίστοιχα ηλεκτρόνια ρέουν από το θετικό ηλεκτρόδιο στο αρνητικό ηλεκτρόδιο μέσω του εξωτερικού κυκλώματος για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.
Στοσυστοιχία κυψελών καυσίμου, πραγματοποιείται η αντίδραση υδρογόνου και οξυγόνου και κατά τη διάρκεια της διαδικασίας υπάρχει μεταφορά φορτίου, με αποτέλεσμα το ρεύμα. Ταυτόχρονα, το υδρογόνο αντιδρά με το οξυγόνο για να παράγει νερό.
Ως δεξαμενή χημικών αντιδράσεων, ο βασικός τεχνολογικός πυρήνας της συστοιχίας κυψελών καυσίμου είναι η «μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων». Οι δύο πλευρές της μεμβράνης βρίσκονται κοντά στο στρώμα του καταλύτη για την αποσύνθεση του υδρογόνου σε φορτισμένα ιόντα. Επειδή το μόριο του υδρογόνου είναι μικρό, τα ηλεκτρόνια που μεταφέρουν υδρογόνο μπορούν να μετατοπιστούν προς την αντίθετη κατεύθυνση μέσω των μικροσκοπικών οπών της μεμβράνης. Ωστόσο, κατά τη διαδικασία διέλευσης των ηλεκτρονίων που μεταφέρουν υδρογόνο μέσω των οπών της μεμβράνης, τα ηλεκτρόνια απογυμνώνονται από τα μόρια, αφήνοντας μόνο τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια υδρογόνου να φτάσουν στο άλλο άκρο μέσω της μεμβράνης.
Πρωτόνια υδρογόνουέλκονται από το ηλεκτρόδιο στην άλλη πλευρά της μεμβράνης και συνδυάζονται με μόρια οξυγόνου. Οι πλάκες ηλεκτροδίων και στις δύο πλευρές της μεμβράνης διασπούν το υδρογόνο σε θετικά ιόντα υδρογόνου και ηλεκτρόνια, και το οξυγόνο διασπούν σε άτομα οξυγόνου για να συλλάβουν ηλεκτρόνια και να τα μετατρέψουν σε ιόντα οξυγόνου (αρνητικό ηλεκτρισμό). Τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα ρεύμα μεταξύ των πλακών ηλεκτροδίων, και δύο ιόντα υδρογόνου και ένα ιόν οξυγόνου συνδυάζονται για να σχηματίσουν νερό, το οποίο γίνεται το μόνο «απόβλητο» στη διαδικασία αντίδρασης. Στην ουσία, ολόκληρη η διαδικασία λειτουργίας είναι η διαδικασία παραγωγής ενέργειας. Με την πρόοδο της αντίδρασης οξείδωσης, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται συνεχώς για να σχηματίσουν το ρεύμα που απαιτείται για την κίνηση του αυτοκινήτου.
Ώρα δημοσίευσης: 12 Φεβρουαρίου 2022