Каков принцип работы автомобиля на водородных топливных элементах?

Топливный элемент — это своего рода устройство для генерации энергии, которое преобразует химическую энергию топлива в электрическую энергию посредством окислительно-восстановительной реакции кислорода или других окислителей. Наиболее распространенным топливом является водород, который можно понимать как обратную реакцию электролиза воды до водорода и кислорода.

В отличие от ракеты, водородный топливный элемент не производит кинетическую энергию посредством бурной реакции сгорания водорода и кислорода, а высвобождает свободную энергию Гиббса в водороде через каталитическое устройство. Принцип его работы заключается в том, что водород разлагается на электроны и ионы водорода (протоны) через катализатор (обычно платину) в положительном электроде топливного элемента. Протоны достигают отрицательного электрода через протонообменную мембрану и реагируют с кислородом, образуя воду и тепло. Соответствующие электроны текут от положительного электрода к отрицательному электроду через внешнюю цепь, вырабатывая электрическую энергию. Он не имеет теплового КПД около 40% для топливного двигателя, а КПД водородного топливного элемента может легко достигать более 60%.

Еще несколько лет назад водородная энергия была известна как «окончательная форма» новых энергетических транспортных средств благодаря своим преимуществам нулевого загрязнения, возобновляемой энергии, быстрой гидрогенизации, полного диапазона и т. д. Однако техническая теория водородных топливных элементов совершенна, но прогресс индустриализации серьезно отстает. Одной из самых больших проблем ее продвижения является контроль затрат. Сюда входит не только стоимость самого транспортного средства, но и стоимость производства и хранения водорода.

Развитие автомобилей на водородных топливных элементах зависит от строительства инфраструктуры водородного топлива, такой как производство водорода, хранение водорода, транспортировка водорода и гидрирование. В отличие от чистых трамваев, которые можно медленно заряжать дома или на предприятии, водородные автомобили можно заряжать только на станции гидрирования, поэтому потребность в зарядной станции более острая. Без полной сети гидрирования развитие водородной автомобильной промышленности невозможно.