เซลล์เชื้อเพลิงเซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานชนิดหนึ่ง ซึ่งสามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเคมีของเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ เรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิงเพราะเป็นอุปกรณ์ผลิตพลังงานไฟฟ้าเคมีร่วมกับแบตเตอรี่ เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงเรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นปฏิกิริยาการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าให้กลายเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน กระบวนการเกิดปฏิกิริยาของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนนั้นสะอาดและมีประสิทธิภาพ เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนไม่ได้ถูกจำกัดด้วยประสิทธิภาพเชิงความร้อน 42% ของวัฏจักรคาร์โนต์ที่ใช้ในเครื่องยนต์รถยนต์แบบดั้งเดิม และประสิทธิภาพสามารถสูงกว่า 60% ได้
แตกต่างจากจรวด เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสร้างพลังงานจลน์ผ่านปฏิกิริยารุนแรงของการเผาไหม้ไฮโดรเจนและออกซิเจน และปลดปล่อยพลังงานอิสระของกิบส์ในไฮโดรเจนผ่านอุปกรณ์เร่งปฏิกิริยา พลังงานอิสระของกิบส์เป็นพลังงานทางเคมีไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับเอนโทรปีและทฤษฎีอื่นๆ หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือ ไฮโดรเจนจะถูกแยกออกเป็นไอออนไฮโดรเจน (เช่น โปรตอน) และอิเล็กตรอนผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา (แพลทินัม) ในขั้วบวกของเซลล์ ไอออนไฮโดรเจนจะผ่านเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนไปยังขั้วลบ และออกซิเจนจะทำปฏิกิริยากลายเป็นน้ำและความร้อน และอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกันจะไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบผ่านวงจรภายนอกเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้า
ในชุดเซลล์เชื้อเพลิงปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนและออกซิเจนเกิดขึ้น และมีการถ่ายโอนประจุในกระบวนการ ส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน ไฮโดรเจนก็ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อผลิตน้ำ
ในฐานะที่เป็นแหล่งปฏิกิริยาทางเคมี เทคโนโลยีหลักของชุดเซลล์เชื้อเพลิงคือ "เยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน" แผ่นฟิล์มทั้งสองด้านอยู่ใกล้กับชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อสลายไฮโดรเจนให้กลายเป็นไอออนที่มีประจุ เนื่องจากโมเลกุลของไฮโดรเจนมีขนาดเล็ก ไฮโดรเจนที่นำพาอิเล็กตรอนจึงสามารถเคลื่อนที่ไปยังอีกด้านหนึ่งผ่านรูเล็กๆ ของแผ่นฟิล์มได้ อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการที่ไฮโดรเจนที่นำพาอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านรูของแผ่นฟิล์ม อิเล็กตรอนจะถูกดึงออกจากโมเลกุล เหลือเพียงโปรตอนของไฮโดรเจนที่มีประจุบวกเท่านั้นที่จะไปถึงปลายอีกด้านหนึ่งผ่านแผ่นฟิล์มได้
โปรตอนไฮโดรเจนอิเล็กตรอนจะถูกดึงดูดไปยังขั้วไฟฟ้าอีกด้านหนึ่งของฟิล์มและรวมตัวกับโมเลกุลออกซิเจน แผ่นขั้วไฟฟ้าทั้งสองด้านของฟิล์มจะแยกไฮโดรเจนออกเป็นไอออนไฮโดรเจนบวกและอิเล็กตรอน และแยกออกซิเจนออกเป็นอะตอมออกซิเจนเพื่อดักจับอิเล็กตรอนและเปลี่ยนให้เป็นไอออนออกซิเจน (ไฟฟ้าลบ) อิเล็กตรอนจะสร้างกระแสไฟฟ้าระหว่างแผ่นขั้วไฟฟ้า และไอออนไฮโดรเจนสองไอออนและไอออนออกซิเจนหนึ่งไอออนจะรวมกันเพื่อสร้างน้ำ ซึ่งกลายเป็น "ของเสีย" เพียงอย่างเดียวในกระบวนการปฏิกิริยา โดยพื้นฐานแล้ว กระบวนการทำงานทั้งหมดคือกระบวนการผลิตพลังงาน เมื่อปฏิกิริยาออกซิเดชันดำเนินไป อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นในการขับเคลื่อนรถยนต์
วันที่โพสต์: 12 กุมภาพันธ์ 2565