Топливный элементВодородный топливный элемент — это устройство преобразования энергии, способное преобразовывать электрохимическую энергию топлива в электрическую. Он называется топливным элементом, потому что представляет собой электрохимическое устройство для выработки энергии, работающее совместно с батареей. Топливный элемент, использующий водород в качестве топлива, называется водородным топливным элементом. Водородный топливный элемент можно понимать как реакцию электролиза воды с образованием водорода и кислорода. Процесс реакции в водородном топливном элементе является чистым и эффективным. Водородный топливный элемент не ограничен 42% тепловой эффективностью цикла Карно, используемого в традиционных автомобильных двигателях, и его эффективность может достигать более 60%.
В отличие от ракет, водородные топливные элементы генерируют кинетическую энергию за счет бурной реакции сгорания водорода и кислорода и высвобождают свободную энергию Гиббса водорода с помощью каталитических устройств. Свободная энергия Гиббса — это электрохимическая энергия, включающая энтропию и другие теории. Принцип работы водородного топливного элемента заключается в том, что водород разлагается на ионы водорода (т.е. протоны) и электроны с помощью катализатора (платины) на положительном электроде элемента. Ионы водорода проходят через протонно-обменную мембрану к отрицательному электроду, кислород реагирует, образуя воду и тепло, а соответствующие электроны текут от положительного электрода к отрицательному электроду через внешнюю цепь, генерируя электрическую энергию.
Вблок топливных элементовПроисходит реакция водорода и кислорода, в ходе которой происходит перенос заряда, в результате чего возникает электрический ток. Одновременно водород реагирует с кислородом, образуя воду.
Ключевым технологическим элементом топливного элемента, выступающим в качестве резервуара для химической реакции, является «протонно-обменная мембрана». Обе стороны пленки расположены близко к каталитическому слою, разлагающему водород на заряженные ионы. Поскольку молекула водорода мала, электроны, несущие водород, могут перемещаться в противоположном направлении через крошечные отверстия пленки. Однако в процессе прохождения электронов, несущих водород, через отверстия пленки, электроны отрываются от молекул, оставляя только положительно заряженные протоны водорода, которые достигают другого конца через пленку.
Водородные протоныИоны водорода притягиваются к электроду на другой стороне пленки и соединяются с молекулами кислорода. Электродные пластины с обеих сторон пленки расщепляют водород на положительные ионы водорода и электроны, а кислород расщепляет на атомы кислорода, захватывая электроны и превращая их в ионы кислорода (отрицательный электрический заряд). Электроны образуют ток между электродными пластинами, и два иона водорода и один ион кислорода соединяются, образуя воду, которая становится единственным «отходом» в процессе реакции. По сути, весь процесс работы представляет собой процесс выработки энергии. По мере протекания реакции окисления электроны непрерывно передаются, образуя ток, необходимый для привода автомобиля.
Дата публикации: 12 февраля 2022 г.