BrandstofcelEen brandstofcel is een soort energieomzettingsapparaat dat de elektrochemische energie van brandstof omzet in elektrische energie. Het wordt een brandstofcel genoemd omdat het, net als een batterij, een elektrochemisch energieopwekkingsapparaat is. Een brandstofcel die waterstof als brandstof gebruikt, is een waterstofbrandstofcel. Een waterstofbrandstofcel werkt als een reactie waarbij water door elektrolyse waterstof en zuurstof produceert. Het reactieproces van een waterstofbrandstofcel is schoon en efficiënt. De efficiëntie van een waterstofbrandstofcel is niet beperkt tot het thermische rendement van 42% van de Carnot-cyclus die in traditionele automotoren wordt gebruikt, en kan oplopen tot meer dan 60%.
In tegenstelling tot raketten genereren waterstofbrandstofcellen kinetische energie door de heftige reactie van waterstof-zuurstofverbranding en de vrijgekomen Gibbs-vrije energie in waterstof via katalysatoren. Gibbs-vrije energie is een elektrochemische energie die entropie en andere theorieën omvat. Het werkingsprincipe van een waterstofbrandstofcel is dat waterstof wordt ontleed in waterstofionen (oftewel protonen) en elektronen door de katalysator (platina) in de positieve elektrode van de cel. Waterstofionen passeren het protonenuitwisselingsmembraan naar de negatieve elektrode, waar zuurstof reageert tot water en warmte, en de corresponderende elektronen via het externe circuit van de positieve naar de negatieve elektrode stromen om elektrische energie op te wekken.
In debrandstofcelstapelDaarbij vindt de reactie tussen waterstof en zuurstof plaats, waarbij ladingsuitwisseling optreedt en er stroom ontstaat. Tegelijkertijd reageert waterstof met zuurstof om water te produceren.
Als reactievat voor chemische reacties is het protonenuitwisselingsmembraan (PEM) de kern van de brandstofceltechnologie. De twee zijden van het membraan liggen dicht bij de katalysatorlaag, waar waterstof wordt afgebroken tot geladen ionen. Omdat waterstofmoleculen klein zijn, kunnen de elektronen van waterstof door de kleine gaatjes in het membraan naar de andere kant migreren. Tijdens dit proces worden de elektronen echter van de moleculen afgestoten, waardoor alleen de positief geladen waterstofprotonen overblijven die het membraan aan de andere kant kunnen passeren.
WaterstofprotonenDe waterstofionen worden aangetrokken door de elektrode aan de andere kant van de film en combineren met zuurstofmoleculen. De elektrodeplaten aan beide zijden van de film splitsen waterstof in positieve waterstofionen en elektronen, en splitsen zuurstof in zuurstofatomen om elektronen op te vangen en om te zetten in zuurstofionen (negatieve lading). Elektronen vormen een stroom tussen de elektrodeplaten, en twee waterstofionen en één zuurstofion combineren tot water, wat het enige "afvalproduct" is in het reactieproces. In essentie is het hele proces een energieopwekkingsproces. Naarmate de oxidatiereactie vordert, worden er continu elektronen overgedragen om de stroom te vormen die nodig is om de auto aan te drijven.
Geplaatst op: 12 februari 2022