Principe de fonctionnement et avantages de la pile à combustible à hydrogène

Pile à combustibleLa pile à combustible est un dispositif de conversion d'énergie capable de convertir l'énergie électrochimique d'un carburant en énergie électrique. Elle est appelée pile à combustible car elle produit de l'électricité grâce à une batterie. Une pile à combustible utilisant l'hydrogène comme combustible est une pile à combustible à hydrogène. La pile à combustible à hydrogène se définit par la réaction de l'électrolyse de l'eau en hydrogène et en oxygène. Le processus de réaction de la pile à combustible à hydrogène est propre et efficace. Elle n'est pas limitée par le rendement thermique de 42 % du cycle de Carnot utilisé dans les moteurs automobiles traditionnels, et son rendement peut atteindre plus de 60 %.

Contrairement aux fusées, les piles à combustible à hydrogène génèrent de l'énergie cinétique par la violente réaction de combustion de l'hydrogène et de l'oxygène, et libèrent l'énergie libre de Gibbs contenue dans l'hydrogène grâce à des dispositifs catalytiques. L'énergie libre de Gibbs est une énergie électrochimique impliquant l'entropie et d'autres théories. Le principe de fonctionnement d'une pile à combustible à hydrogène est le suivant : l'hydrogène est décomposé en ions hydrogène (protons) et en électrons par le catalyseur (platine) de l'électrode positive de la pile. Les ions hydrogène traversent la membrane échangeuse de protons pour atteindre l'électrode négative, où l'oxygène réagit pour se transformer en eau et en chaleur. Les électrons correspondants circulent de l'électrode positive à l'électrode négative via le circuit externe pour générer de l'énergie électrique.

Dans lepile à combustibleLa réaction entre l'hydrogène et l'oxygène se produit, entraînant un transfert de charge, produisant du courant. Parallèlement, l'hydrogène réagit avec l'oxygène pour produire de l'eau.
En tant que bassin de réaction chimique, le cœur technologique clé de la pile à combustible est la « membrane échangeuse de protons ». Les deux faces du film sont proches de la couche catalytique pour décomposer l'hydrogène en ions chargés. La petite taille de la molécule d'hydrogène permet aux électrons porteurs d'hydrogène de se déplacer vers l'extrémité opposée à travers les minuscules trous du film. Cependant, lors du passage des électrons porteurs d'hydrogène à travers les trous du film, ces électrons sont arrachés aux molécules, ne laissant que les protons d'hydrogène chargés positivement atteindre l'autre extrémité à travers le film.
Protons d'hydrogènesont attirés par l'électrode située de l'autre côté du film et se combinent aux molécules d'oxygène. Les plaques d'électrodes situées de part et d'autre du film décomposent l'hydrogène en ions hydrogène positifs et en électrons, et décomposent l'oxygène en atomes d'oxygène pour capturer les électrons et les transformer en ions oxygène (électricité négative). Les électrons forment un courant entre les plaques d'électrodes, et deux ions hydrogène et un ion oxygène se combinent pour former de l'eau, qui devient le seul « déchet » de la réaction. En substance, l'ensemble du processus de fonctionnement constitue un processus de production d'énergie. Au fur et à mesure de la réaction d'oxydation, les électrons sont continuellement transférés pour former le courant nécessaire à la propulsion du véhicule.