Kütuseelementl on omamoodi energiamuundamise seade, mis suudab kütuse elektrokeemilise energia elektrienergiaks muuta. Seda nimetatakse kütuseelemendiks, kuna see on koos akuga elektrokeemiline energia genereerimise seade. Vesinikku kütusena kasutav kütuseelement on vesinikkütuseelement. Vesinikkütuseelementi võib mõista kui vee elektrolüüsi reaktsiooni vesinikuks ja hapnikuks. Vesinikkütuseelemendi reaktsiooniprotsess on puhas ja tõhus. Vesinikkütuseelementi ei piira traditsioonilises automootoris kasutatava Carnot' tsükli 42% termiline efektiivsus ning efektiivsus võib ulatuda üle 60%.
Erinevalt rakettidest genereerivad vesinikkütuseelemendid kineetilist energiat vesiniku ja hapniku ägeda põlemisreaktsiooni kaudu ning vabastavad vesiniku Gibbsi vabaenergia katalüütiliste seadmete kaudu. Gibbsi vabaenergia on elektrokeemiline energia, mis hõlmab entroopiat ja teisi teooriaid. Vesinikkütuseelemendi tööpõhimõte on see, et vesinik laguneb elemendi positiivses elektroodis katalüsaatori (plaatina) abil vesinikioonideks (st prootoniteks) ja elektronideks. Vesinikioonid läbivad prootonvahetusmembraani negatiivsele elektroodile ja hapnik reageerib, saades vee ja soojuse ning vastavad elektronid voolavad positiivsest elektroodist negatiivsele elektroodile läbi välise vooluahela, genereerides elektrienergiat.
Sissekütuseelementide virn, toimub vesiniku ja hapniku reaktsioon ning protsessi käigus toimub laenguülekanne, mille tulemuseks on vool. Samal ajal reageerib vesinik hapnikuga, moodustades vett.
Keemilise reaktsiooni basseinina on kütuseelementide virna põhitehnoloogia tuumaks „prootonvahetusmembraan“. Kile kaks külge on katalüsaatorikihi lähedal, et lagundada vesinik laetud ioonideks. Kuna vesiniku molekul on väike, saavad vesinikku kandvad elektronid läbi kile pisikeste aukude triivida vastassuunas. Kuid vesinikku kandvate elektronide läbimisel kile aukudest eemaldatakse elektronid molekulidest, jättes alles ainult positiivselt laetud vesinikuprootonid, mis jõuavad läbi kile teise otsa.
Vesiniku prootonidtõmbuvad kile teisel küljel oleva elektroodi poole ja ühinevad hapnikumolekulidega. Kile mõlemal küljel olevad elektroodiplaadid lõhustavad vesiniku positiivseteks vesinikioonideks ja elektronideks ning hapniku hapnikuaatomiteks, et püüda kinni elektronid ja muuta need hapnikuioonideks (negatiivne elekter). Elektronid moodustavad elektroodiplaatide vahel voolu ning kaks vesinikiooni ja üks hapnikuioon ühinevad, moodustades vee, mis muutub reaktsiooniprotsessi ainsaks "jäägiks". Sisuliselt on kogu tööprotsess energia tootmise protsess. Oksüdatsioonireaktsiooni edenedes kanduvad elektronid pidevalt üle, moodustades auto juhtimiseks vajaliku voolu.
Postituse aeg: 12. veebruar 2022