Principio di funzionamento e vantaggi della pila di celle a combustibile a idrogeno

Cellula combustibileL'idrogeno è un tipo di dispositivo di conversione dell'energia, in grado di convertire l'energia elettrochimica del combustibile in energia elettrica. È chiamata cella a combustibile perché, insieme alla batteria, è un dispositivo di generazione di energia elettrochimica. Una cella a combustibile che utilizza l'idrogeno come combustibile è una cella a combustibile a idrogeno. Una cella a combustibile a idrogeno può essere interpretata come la reazione dell'elettrolisi dell'acqua in idrogeno e ossigeno. Il processo di reazione della cella a combustibile a idrogeno è pulito ed efficiente. La cella a combustibile a idrogeno non è limitata dall'efficienza termica del 42% del ciclo di Carnot utilizzato nei motori automobilistici tradizionali, e l'efficienza può superare il 60%.

A differenza dei razzi, le celle a combustibile a idrogeno generano energia cinetica attraverso la violenta reazione di combustione di idrogeno e ossigeno e rilasciano l'energia libera di Gibbs nell'idrogeno attraverso dispositivi catalitici. L'energia libera di Gibbs è un'energia elettrochimica che coinvolge l'entropia e altre teorie. Il principio di funzionamento di una cella a combustibile a idrogeno è che l'idrogeno viene scomposto in ioni idrogeno (cioè protoni) ed elettroni attraverso il catalizzatore (platino) nell'elettrodo positivo della cella. Gli ioni idrogeno passano attraverso la membrana a scambio protonico fino all'elettrodo negativo e l'ossigeno reagisce per trasformarsi in acqua e calore, e i corrispondenti elettroni fluiscono dall'elettrodo positivo all'elettrodo negativo attraverso il circuito esterno per generare energia elettrica.

Nelpila di celle a combustibile, si verifica la reazione tra idrogeno e ossigeno, e nel processo si verifica un trasferimento di carica, che genera corrente. Allo stesso tempo, l'idrogeno reagisce con l'ossigeno per produrre acqua.
Come piscina di reazione chimica, il cuore tecnologico chiave della pila di celle a combustibile è la "membrana a scambio protonico". I due lati della pellicola sono vicini allo strato catalizzatore per scomporre l'idrogeno in ioni carichi. Poiché la molecola di idrogeno è piccola, gli elettroni che trasportano l'idrogeno possono spostarsi verso l'estremità opposta attraverso i minuscoli fori della pellicola. Tuttavia, nel processo di attraversamento dei fori della pellicola, gli elettroni vengono strappati dalle molecole, lasciando solo i protoni dell'idrogeno, carichi positivamente, in grado di raggiungere l'altra estremità attraverso la pellicola.
Protoni di idrogenosono attratti dall'elettrodo sull'altro lato della pellicola e si combinano con le molecole di ossigeno. Le piastre dell'elettrodo su entrambi i lati della pellicola scompongono l'idrogeno in ioni idrogeno positivi ed elettroni, e scompongono l'ossigeno in atomi di ossigeno per catturare gli elettroni e trasformarli in ioni ossigeno (elettricità negativa). Gli elettroni formano una corrente tra le piastre dell'elettrodo, e due ioni idrogeno e uno ione ossigeno si combinano per formare acqua, che diventa l'unico "rifiuto" nel processo di reazione. In sostanza, l'intero processo operativo è il processo di generazione di energia. Con il progredire della reazione di ossidazione, gli elettroni vengono continuamente trasferiti per formare la corrente necessaria per far funzionare l'auto.