Vetypolttokennopinon toimintaperiaate ja edut

Polttokennol on eräänlainen energianmuunnoslaite, joka voi muuntaa polttoaineen sähkökemiallisen energian sähköenergiaksi. Sitä kutsutaan polttokennoksi, koska se on sähkökemiallinen energiantuotantolaite yhdessä akun kanssa. Vetyä polttoaineena käyttävä polttokenno on vetypolttokenno. Vetypolttokenno voidaan ymmärtää veden elektrolyysin reaktiona vedyksi ja hapeksi. Vetypolttokennon reaktioprosessi on puhdas ja tehokas. Vetypolttokennoa ei rajoita perinteisessä automoottorissa käytetyn Carnot-syklin 42 %:n lämpöhyötysuhde, ja hyötysuhde voi nousta yli 60 %:iin.

Toisin kuin raketit, vetypolttokennot tuottavat kineettistä energiaa vedyn ja hapen voimakkaan palamisreaktion kautta ja vapauttavat vedyn Gibbsin vapaata energiaa katalyyttisten laitteiden avulla. Gibbsin vapaa energia on sähkökemiallinen energia, johon liittyy entropiaa ja muita teorioita. Vetypolttokennon toimintaperiaate on, että vety hajoaa vetyioneiksi (eli protoneiksi) ja elektroneiksi katalyytin (platina) avulla kennon positiivisessa elektrodissa. Vetyionit kulkevat protoninvaihtokalvon läpi negatiiviseen elektrodiin ja happi reagoivat muodostaen vettä ja lämpöä, ja vastaavat elektronit virtaavat positiivisesta elektrodista negatiiviseen elektrodiin ulkoisen piirin kautta tuottaen sähköenergiaa.

Sisäänpolttokennopino, vedyn ja hapen reaktio tapahtuu ja prosessissa tapahtuu varauksensiirtoa, mikä johtaa virtaan. Samaan aikaan vety reagoi hapen kanssa muodostaen vettä.
Kemiallisena reaktiopoolina polttokennopinon keskeinen teknologinen ydin on "protoninvaihtokalvo". Kalvon kaksi sivua ovat lähellä katalyyttikerrosta, jossa vety hajoaa varautuneiksi ioneiksi. Koska vetymolekyyli on pieni, vetyä kuljettavat elektronit voivat ajautua vastakkaiseen suuntaan kalvon pienten reikien läpi. Vedyn kuljettavien elektronien kulkiessa kalvon reikien läpi elektronit kuitenkin irtoavat molekyyleistä, jolloin jäljelle jäävät vain positiivisesti varautuneet vetyprotonit, jotka pääsevät kalvon läpi toiseen päähän.
Vetyprotonitvetävät puoleensa kalvon toisella puolella olevaa elektrodia ja yhtyvät happimolekyyleihin. Kalvon molemmilla puolilla olevat elektrodilevyt jakavat vedyn positiivisiksi vetyioneiksi ja elektroneiksi ja hapen happiatomeiksi, jolloin ne vangitsevat elektroneja ja muuttavat ne happi-ioneiksi (negatiivinen sähkö). Elektronit muodostavat virran elektrodilevyjen välille, ja kaksi vetyionia ja yksi happi-ioni yhdistyvät muodostaen vettä, josta tulee reaktioprosessin ainoa "jäte". Pohjimmiltaan koko toimintaprosessi on sähköntuotantoprosessi. Hapettumisreaktion edetessä elektroneja siirtyy jatkuvasti muodostaen auton ajamiseen tarvittavan virran.