Princípio de funcionamento e vantagens da pilha de células de combustível de hidrogênio

Célula de combustívelÉ um tipo de dispositivo de conversão de energia que pode converter a energia eletroquímica do combustível em energia elétrica. É chamada de célula de combustível porque é um dispositivo de geração de energia eletroquímica em conjunto com a bateria. Uma célula de combustível que utiliza hidrogênio como combustível é uma célula de combustível de hidrogênio. A célula de combustível de hidrogênio pode ser entendida como a reação da eletrólise da água em hidrogênio e oxigênio. O processo de reação da célula de combustível de hidrogênio é limpo e eficiente. A célula de combustível de hidrogênio não é limitada pela eficiência térmica de 42% do ciclo de Carnot usado em motores automotivos tradicionais, e sua eficiência pode chegar a mais de 60%.

Ao contrário dos foguetes, as células de combustível de hidrogênio geram energia cinética por meio da reação violenta da combustão de hidrogênio e oxigênio e liberam a energia livre de Gibbs presente no hidrogênio por meio de dispositivos catalíticos. A energia livre de Gibbs é uma energia eletroquímica que envolve a entropia e outras teorias. O princípio de funcionamento das células de combustível de hidrogênio é que o hidrogênio é decomposto em íons de hidrogênio (ou seja, prótons) e elétrons por meio do catalisador (platina) no eletrodo positivo da célula. Os íons de hidrogênio passam pela membrana de troca de prótons para o eletrodo negativo e o oxigênio reage para se transformar em água e calor, e os elétrons correspondentes fluem do eletrodo positivo para o negativo através do circuito externo para gerar energia elétrica.

Nopilha de células de combustível, ocorre a reação de hidrogênio e oxigênio, e há transferência de carga no processo, resultando em corrente. Ao mesmo tempo, o hidrogênio reage com o oxigênio para produzir água.
Como um reservatório de reação química, o núcleo tecnológico essencial da pilha de células de combustível é a "membrana de troca de prótons". Os dois lados do filme estão próximos à camada catalisadora para decompor o hidrogênio em íons carregados. Como a molécula de hidrogênio é pequena, os elétrons que transportam o hidrogênio podem se deslocar para o lado oposto através dos minúsculos orifícios do filme. No entanto, no processo em que os elétrons que transportam o hidrogênio passam pelos orifícios do filme, os elétrons são removidos das moléculas, deixando apenas os prótons de hidrogênio com carga positiva para alcançar a outra extremidade através do filme.
Prótons de hidrogêniosão atraídos para o eletrodo do outro lado do filme e se combinam com moléculas de oxigênio. As placas do eletrodo em ambos os lados do filme dividem o hidrogênio em íons de hidrogênio positivos e elétrons, e dividem o oxigênio em átomos de oxigênio para capturar elétrons e transformá-los em íons de oxigênio (eletricidade negativa). Os elétrons formam uma corrente entre as placas do eletrodo, e dois íons de hidrogênio e um íon de oxigênio se combinam para formar água, que se torna o único "resíduo" no processo de reação. Em essência, todo o processo operacional é o processo de geração de energia. Com o progresso da reação de oxidação, os elétrons são continuamente transferidos para formar a corrente necessária para mover o carro.