हाइड्रोजन ईंधन सेल स्टैक का कार्य सिद्धांत और लाभ

ईंधन सेलl एक प्रकार का ऊर्जा रूपांतरण उपकरण है, जो ईंधन की विद्युत रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर सकता है। इसे ईंधन सेल इसलिए कहा जाता है क्योंकि यह बैटरी के साथ मिलकर विद्युत रासायनिक ऊर्जा उत्पादन उपकरण है। ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करने वाला ईंधन सेल हाइड्रोजन ईंधन सेल है। हाइड्रोजन ईंधन सेल को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में पानी के इलेक्ट्रोलिसिस की प्रतिक्रिया के रूप में समझा जा सकता है। हाइड्रोजन ईंधन सेल की प्रतिक्रिया प्रक्रिया स्वच्छ और कुशल है। हाइड्रोजन ईंधन सेल पारंपरिक ऑटोमोबाइल इंजन में उपयोग किए जाने वाले कार्नोट चक्र की 42% थर्मल दक्षता तक सीमित नहीं है, और दक्षता 60% से अधिक तक पहुंच सकती है।

रॉकेट के विपरीत, हाइड्रोजन ईंधन सेल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के दहन की हिंसक प्रतिक्रिया के माध्यम से गतिज ऊर्जा उत्पन्न करते हैं, और उत्प्रेरक उपकरणों के माध्यम से हाइड्रोजन में गिब्स मुक्त ऊर्जा जारी करते हैं। गिब्स मुक्त ऊर्जा एक विद्युत रासायनिक ऊर्जा है जिसमें एन्ट्रॉपी और अन्य सिद्धांत शामिल हैं। हाइड्रोजन ईंधन सेल का कार्य सिद्धांत यह है कि सेल के सकारात्मक इलेक्ट्रोड में उत्प्रेरक (प्लेटिनम) के माध्यम से हाइड्रोजन को हाइड्रोजन आयनों (यानी प्रोटॉन) और इलेक्ट्रॉनों में विघटित किया जाता है। हाइड्रोजन आयन प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली से नकारात्मक इलेक्ट्रोड में गुजरते हैं और ऑक्सीजन पानी और गर्मी बनने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं, और संबंधित इलेक्ट्रॉन विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए बाहरी सर्किट के माध्यम से सकारात्मक इलेक्ट्रोड से नकारात्मक इलेक्ट्रोड में प्रवाहित होते हैं।

मेंईंधन सेल स्टैकहाइड्रोजन और ऑक्सीजन की प्रतिक्रिया होती है, और इस प्रक्रिया में आवेश स्थानांतरण होता है, जिसके परिणामस्वरूप करंट उत्पन्न होता है। इसी समय, हाइड्रोजन ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके पानी बनाता है।
रासायनिक प्रतिक्रिया पूल के रूप में, ईंधन सेल स्टैक का मुख्य प्रौद्योगिकी कोर "प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली" है। फिल्म के दोनों पक्ष उत्प्रेरक परत के करीब होते हैं ताकि हाइड्रोजन को आवेशित आयनों में विघटित किया जा सके। क्योंकि हाइड्रोजन अणु छोटा होता है, इसलिए हाइड्रोजन ले जाने वाले इलेक्ट्रॉन फिल्म के छोटे छिद्रों के माध्यम से विपरीत दिशा में जा सकते हैं। हालाँकि, फिल्म के छिद्रों से गुजरने वाले हाइड्रोजन ले जाने वाले इलेक्ट्रॉनों की प्रक्रिया में, इलेक्ट्रॉन अणुओं से अलग हो जाते हैं, जिससे केवल सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हाइड्रोजन प्रोटॉन ही फिल्म के माध्यम से दूसरे छोर तक पहुँच पाते हैं।
हाइड्रोजन प्रोटॉनफिल्म के दूसरी तरफ इलेक्ट्रोड की ओर आकर्षित होते हैं और ऑक्सीजन अणुओं के साथ मिल जाते हैं। फिल्म के दोनों तरफ इलेक्ट्रोड प्लेट हाइड्रोजन को सकारात्मक हाइड्रोजन आयनों और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित करते हैं, और ऑक्सीजन को ऑक्सीजन परमाणुओं में विभाजित करते हैं ताकि इलेक्ट्रॉनों को पकड़ सकें और उन्हें ऑक्सीजन आयनों (नकारात्मक बिजली) में बदल सकें। इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोड प्लेटों के बीच एक करंट बनाते हैं, और दो हाइड्रोजन आयन और एक ऑक्सीजन आयन मिलकर पानी बनाते हैं, जो प्रतिक्रिया प्रक्रिया में एकमात्र "अपशिष्ट" बन जाता है। संक्षेप में, पूरी संचालन प्रक्रिया बिजली उत्पादन प्रक्रिया है। ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया की प्रगति के साथ, कार को चलाने के लिए आवश्यक करंट बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों को लगातार स्थानांतरित किया जाता है।