Načelo delovanja in prednosti sklada vodikovih gorivnih celic

Gorivna celicaJe vrsta naprave za pretvorbo energije, ki lahko pretvori elektrokemijsko energijo goriva v električno energijo. Imenuje se gorivna celica, ker je skupaj z baterijo elektrokemijsko naprava za proizvodnjo energije. Gorivna celica, ki uporablja vodik kot gorivo, je vodikova gorivna celica. Vodikovo gorivno celico lahko razumemo kot reakcijo elektrolize vode v vodik in kisik. Reakcijski proces vodikove gorivne celice je čist in učinkovit. Vodikova gorivna celica ni omejena s 42-odstotnim toplotnim izkoristkom Carnotovega cikla, ki se uporablja v tradicionalnih avtomobilskih motorjih, in izkoristek lahko doseže več kot 60 %.

Za razliko od raket vodikove gorivne celice ustvarjajo kinetično energijo z burno reakcijo zgorevanja vodika in kisika ter sproščajo Gibbsovo prosto energijo v vodiku prek katalitičnih naprav. Gibbsova prosta energija je elektrokemična energija, ki vključuje entropijo in druge teorije. Načelo delovanja vodikove gorivne celice je, da se vodik razgradi na vodikove ione (tj. protone) in elektrone s pomočjo katalizatorja (platine) v pozitivni elektrodi celice. Vodikovi ioni prehajajo skozi membrano za izmenjavo protonov do negativne elektrode, kisik pa reagira in segreva, ustrezni elektroni pa tečejo od pozitivne elektrode do negativne elektrode skozi zunanji tokokrog in ustvarjajo električno energijo.

Vsklad gorivnih celicPri reakciji vodika in kisika pride do prenosa naboja, kar povzroči nastanek toka. Hkrati vodik reagira s kisikom in tvori vodo.
Kot kemijski reakcijski bazen je ključno tehnološko jedro sklada gorivnih celic "membrana za izmenjavo protonov". Obe strani folije sta blizu katalitične plasti, kjer se vodik razgradi na nabite ione. Ker je molekula vodika majhna, se lahko elektroni, ki prenašajo vodik, premaknejo na nasprotno stran skozi drobne luknjice v foliji. Vendar pa se med prehodom elektronov, ki prenašajo vodik, skozi luknjice v foliji elektroni odstranijo iz molekul, tako da ostanejo le pozitivno nabiti vodikovi protoni, ki dosežejo drugi konec skozi folijo.
Vodikovi protoniprivlačijo se k elektrodi na drugi strani filma in se združijo z molekulami kisika. Elektrodni plošči na obeh straneh filma razdelita vodik na pozitivne vodikove ione in elektrone ter kisik na atome kisika, da zajamejo elektrone in jih pretvorijo v kisikove ione (negativna elektrika). Elektroni tvorijo tok med elektrodnima ploščama, dva vodikova iona in en kisikov ion pa se združijo in tvorijo vodo, ki postane edini "odpadek" v reakcijskem procesu. V bistvu je celoten proces proizvodnje energije. Med potekom oksidacijske reakcije se elektroni nenehno prenašajo in tvorijo tok, potreben za pogon avtomobila.