Ūdeņraža degvielas elementu bloka darbības princips un priekšrocības

Degvielas elementsŪdeņraža degvielas elements ir enerģijas pārveidošanas ierīce, kas var pārveidot degvielas elektroķīmisko enerģiju elektriskajā enerģijā. To sauc par degvielas elementu, jo tā kopā ar akumulatoru ir elektroķīmiska enerģijas ražošanas ierīce. Degvielas elements, kas kā degvielu izmanto ūdeņradi, ir ūdeņraža degvielas elements. Ūdeņraža degvielas elementu var saprast kā ūdens elektrolīzes reakciju ūdeņradī un skābeklī. Ūdeņraža degvielas elementa reakcijas process ir tīrs un efektīvs. Ūdeņraža degvielas elementu neierobežo tradicionālajos automobiļu dzinējos izmantotā Karno cikla 42% termiskā efektivitāte, un efektivitāte var sasniegt vairāk nekā 60%.

Atšķirībā no raķetēm, ūdeņraža degvielas elementi ģenerē kinētisko enerģiju, izmantojot spēcīgu ūdeņraža un skābekļa sadegšanas reakciju, un caur katalītiskajām ierīcēm atbrīvo Gibsa brīvo enerģiju ūdeņradī. Gibsa brīvā enerģija ir elektroķīmiska enerģija, kas saistīta ar entropiju un citām teorijām. Ūdeņraža degvielas elementa darbības princips ir tāds, ka ūdeņradis šūnas pozitīvajā elektrodā caur katalizatoru (platīnu) sadalās ūdeņraža jonos (t.i., protonos) un elektronos. Ūdeņraža joni caur protonu apmaiņas membrānu nonāk negatīvajā elektrodā, un skābeklis reaģē, kļūstot par ūdeni un siltumu, un atbilstošie elektroni plūst no pozitīvā elektroda uz negatīvo elektrodu caur ārējo ķēdi, radot elektrisko enerģiju.

Iekšpusēdegvielas elementu kaudze, notiek ūdeņraža un skābekļa reakcija, un procesā notiek lādiņa pārnešana, kā rezultātā rodas strāva. Vienlaikus ūdeņradis reaģē ar skābekli, veidojot ūdeni.
Kā ķīmiskās reakcijas baseins, degvielas elementu bloka galvenais tehnoloģiskais kodols ir “protonu apmaiņas membrāna”. Plēves abas puses ir tuvu katalizatora slānim, lai sadalītu ūdeņradi lādētos jonos. Tā kā ūdeņraža molekula ir maza, ūdeņradi nesošie elektroni var pārvietoties pretējā virzienā caur plēves mazajiem caurumiņiem. Tomēr, ūdeņradi nesošajiem elektroniem izejot cauri plēves caurumiņiem, elektroni tiek atņemti no molekulām, atstājot tikai pozitīvi lādētos ūdeņraža protonus, kas caur plēvi sasniedz otru galu.
Ūdeņraža protonitiek pievilkti elektrodam plēves otrā pusē un apvienojas ar skābekļa molekulām. Elektrodu plāksnes abās plēves pusēs sadala ūdeņradi pozitīvos ūdeņraža jonos un elektronos, un sadala skābekli skābekļa atomos, lai uztvertu elektronus un pārvērstu tos skābekļa jonos (negatīvā elektrība). Elektroni veido strāvu starp elektrodu plāksnēm, un divi ūdeņraža joni un viens skābekļa jons apvienojas, veidojot ūdeni, kas kļūst par vienīgo "atkritumu" reakcijas procesā. Būtībā viss darbības process ir enerģijas ražošanas process. Oksidācijas reakcijas gaitā elektroni tiek nepārtraukti pārnesti, veidojot strāvu, kas nepieciešama automašīnas vadīšanai.