Principiul de funcționare și avantajele stivei de pile de combustie cu hidrogen

Pilă de combustibilPila de combustie este un tip de dispozitiv de conversie a energiei, care poate converti energia electrochimică a combustibilului în energie electrică. Se numește pilă de combustie deoarece este un dispozitiv de generare a energiei electrochimice împreună cu bateria. O pilă de combustie care utilizează hidrogenul drept combustibil este o pilă de combustie cu hidrogen. Pila de combustie cu hidrogen poate fi înțeleasă ca reacția electrolizei apei în hidrogen și oxigen. Procesul de reacție al pilelor de combustie cu hidrogen este curat și eficient. Pila de combustie cu hidrogen nu este limitată de eficiența termică de 42% a ciclului Carnot utilizat în motoarele automobilelor tradiționale, iar eficiența poate ajunge la peste 60%.

Spre deosebire de rachete, pilele de combustie cu hidrogen generează energie cinetică prin reacția violentă de ardere a hidrogenului și oxigenului și eliberează energia liberă Gibbs în hidrogen prin intermediul dispozitivelor catalitice. Energia liberă Gibbs este o energie electrochimică care implică entropia și alte teorii. Principiul de funcționare al pilelor de combustie cu hidrogen este că hidrogenul este descompus în ioni de hidrogen (adică protoni) și electroni prin intermediul catalizatorului (platină) din electrodul pozitiv al celulei. Ionii de hidrogen trec prin membrana de schimb de protoni către electrodul negativ, iar oxigenul reacționează pentru a se transforma în apă și căldură, iar electronii corespunzători curg de la electrodul pozitiv la electrodul negativ prin circuitul extern pentru a genera energie electrică.

Înstivă de pile de combustie, are loc reacția dintre hidrogen și oxigen, iar în acest proces are loc un transfer de sarcină, rezultând curent. În același timp, hidrogenul reacționează cu oxigenul pentru a produce apă.
Fiind un bazin de reacții chimice, nucleul tehnologic cheie al stivei de pile de combustie este „membrana de schimb de protoni”. Cele două fețe ale peliculei sunt apropiate de stratul de catalizator pentru a descompune hidrogenul în ioni încărcați. Deoarece molecula de hidrogen este mică, electronii care transportă hidrogenul se pot deplasa în direcția opusă prin găurile minuscule ale peliculei. Cu toate acestea, în procesul de trecere a electronilor care transportă hidrogen prin găurile peliculei, electronii sunt desprinși de molecule, lăsând doar protonii de hidrogen încărcați pozitiv să ajungă la celălalt capăt prin peliculă.
Protoni de hidrogensunt atrase de electrodul de pe cealaltă parte a peliculei și se combină cu moleculele de oxigen. Plăcile electrodului de pe ambele părți ale peliculei descompun hidrogenul în ioni de hidrogen pozitivi și electroni și descompun oxigenul în atomi de oxigen pentru a capta electroni și a-i transforma în ioni de oxigen (electricitate negativă). Electronii formează un curent între plăcile electrodului, iar doi ioni de hidrogen și un ion de oxigen se combină pentru a forma apă, care devine singurul „deșeu” din procesul de reacție. În esență, întregul proces de operare este procesul de generare a energiei. Odată cu progresul reacției de oxidare, electronii sunt transferați continuu pentru a forma curentul necesar pentru a conduce mașina.