В чём принцип работы водородного топливного элемента в автомобиле?

Топливный элемент — это тип устройства для выработки электроэнергии, которое преобразует химическую энергию топлива в электрическую энергию посредством окислительно-восстановительной реакции кислорода или других окислителей. Наиболее распространенным топливом является водород, который можно рассматривать как обратную реакцию электролиза воды с образованием водорода и кислорода.

В отличие от ракетных двигателей, водородный топливный элемент не производит кинетическую энергию за счет бурной реакции сгорания водорода и кислорода, а высвобождает свободную энергию Гиббса водорода с помощью каталитического устройства. Принцип его работы заключается в том, что водород разлагается на электроны и ионы водорода (протоны) с помощью катализатора (обычно платины) на положительном электроде топливного элемента. Протоны достигают отрицательного электрода через протонно-обменную мембрану и реагируют с кислородом, образуя воду и тепло. Соответствующие электроны перетекают от положительного электрода к отрицательному электроду через внешнюю цепь, генерируя электрическую энергию. У него нет теплового КПД, составляющего около 40% для топливных двигателей, и КПД водородного топливного элемента легко может достигать более 60%.

Еще несколько лет назад водородная энергия была известна как «идеальная форма» для транспортных средств на новых источниках энергии благодаря своим преимуществам: нулевому загрязнению, возобновляемой энергии, быстрой гидрогенизации, полному запасу хода и т.д. Однако техническая теория водородных топливных элементов совершенна, но прогресс в индустриализации серьезно отстал. Одна из самых больших проблем ее продвижения — контроль затрат. Это включает в себя не только стоимость самого транспортного средства, но и стоимость производства и хранения водорода.

Развитие автомобилей на водородных топливных элементах зависит от создания инфраструктуры для водородного топлива, включая производство, хранение, транспортировку и гидрогенизацию водорода. В отличие от обычных трамваев, которые можно медленно заряжать дома или на предприятии, водородные автомобили можно заряжать только на станциях гидрогенизации, поэтому потребность в таких станциях крайне высока. Без развитой сети станций гидрогенизации развитие водородной автомобильной промышленности невозможно.