บทนำเกี่ยวกับพลังงานไฮโดรเจนและเซลล์เชื้อเพลิง

เซลล์เชื้อเพลิงสามารถแบ่งออกได้เป็นเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนเซลล์เชื้อเพลิงแบบอิเล็กโทรไลต์ (PEMFC) และเซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลโดยตรง ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์และเชื้อเพลิงที่ใช้

ตัวอย่างเช่น เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอล (DMFC), เซลล์เชื้อเพลิงกรดฟอสฟอริก (PAFC), เซลล์เชื้อเพลิงคาร์บอเนตหลอมเหลว (MCFC), เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็ง (SOFC), เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ (AFC) เป็นต้นเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนเซลล์เชื้อเพลิงแบบอัลคาไลน์ (AFC) ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นด่างในน้ำ เช่น สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนโปรตอน เป็นต้น นอกจากนี้ ตามอุณหภูมิการทำงาน เซลล์เชื้อเพลิงยังสามารถแบ่งออกเป็นเซลล์เชื้อเพลิงอุณหภูมิสูงและเซลล์เชื้อเพลิงอุณหภูมิต่ำ โดยเซลล์เชื้อเพลิงอุณหภูมิสูงส่วนใหญ่ได้แก่ เซลล์เชื้อเพลิงออกไซด์แข็ง (SOFC) และเซลล์เชื้อเพลิงคาร์บอเนตหลอมเหลว (MCFC) ส่วนเซลล์เชื้อเพลิงอุณหภูมิต่ำได้แก่ เซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEMFC) เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลโดยตรง (DMFC) เซลล์เชื้อเพลิงอัลคาไลน์ (AFC) เซลล์เชื้อเพลิงกรดฟอสฟอริก (PAFC) เป็นต้น

เยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนเซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEMFC) ใช้เมมเบรนโพลีเมอร์ที่เป็นกรดในน้ำเป็นอิเล็กโทรไลต์ เซลล์ PEMFC ต้องทำงานภายใต้ก๊าซไฮโดรเจนบริสุทธิ์เนื่องจากอุณหภูมิการทำงานต่ำ (ต่ำกว่า 100 °C) และการใช้อิเล็กโทรดโลหะมีค่า (อิเล็กโทรดที่ใช้แพลทินัมเป็นหลัก) เมื่อเทียบกับเซลล์เชื้อเพลิงชนิดอื่น PEMFC มีข้อดีคือ อุณหภูมิการทำงานต่ำ ความเร็วในการสตาร์ทสูง ความหนาแน่นของกำลังสูง อิเล็กโทรไลต์ไม่กัดกร่อน และอายุการใช้งานยาวนาน ดังนั้นจึงกลายเป็นเทคโนโลยีหลักที่ใช้ในรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงในปัจจุบัน และยังนำไปใช้กับอุปกรณ์พกพาและอุปกรณ์ติดตั้งอยู่กับที่บางส่วนด้วย จากข้อมูลของ E4 Tech คาดว่าการจัดส่งเซลล์เชื้อเพลิง PEMFC จะสูงถึง 44,100 หน่วยในปี 2019 คิดเป็น 62% ของส่วนแบ่งทั่วโลก และกำลังการผลิตติดตั้งโดยประมาณจะอยู่ที่ 934.2 เมกะวัตต์ คิดเป็น 83% ของส่วนแบ่งทั่วโลก

เซลล์เชื้อเพลิงใช้ปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าในการแปลงพลังงานเคมีจากเชื้อเพลิง (ไฮโดรเจน) ที่ขั้วบวกและสารออกซิไดซ์ (ออกซิเจน) ที่ขั้วลบ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะทั้งคัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ส่วนประกอบหลักของเซลล์เชื้อเพลิง ได้แก่ ระบบเครื่องยนต์ ระบบจ่ายไฟเสริม และมอเตอร์ ในจำนวนนี้ ระบบเครื่องยนต์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเครื่องยนต์ที่ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์ไฟฟ้า ระบบจัดเก็บไฮโดรเจนของยานพาหนะ ระบบระบายความร้อน และตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า DC-DC เครื่องปฏิกรณ์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุด เป็นสถานที่ที่ไฮโดรเจนและออกซิเจนทำปฏิกิริยากัน ประกอบด้วยเซลล์เดี่ยวหลายเซลล์เรียงซ้อนกัน และวัสดุหลัก ได้แก่ แผ่นขั้วคู่ เมมเบรนอิเล็กโทรด แผ่นปิดท้าย และอื่นๆ