Паливний елементПаливний елемент — це різновид пристрою для перетворення енергії, який може перетворювати електрохімічну енергію палива на електричну. Він називається паливним елементом, оскільки є електрохімічним пристроєм для вироблення енергії разом з акумулятором. Паливний елемент, який використовує водень як паливо, — це водневий паливний елемент. Водневий паливний елемент можна розуміти як реакцію електролізу води на водень і кисень. Процес реакції водневого паливного елемента є чистим та ефективним. Водневий паливний елемент не обмежується 42% тепловим ККД циклу Карно, який використовується в традиційних автомобільних двигунах, і ККД може сягати понад 60%.
На відміну від ракет, водневі паливні елементи генерують кінетичну енергію завдяки бурхливій реакції згоряння водню та кисню, а вільна енергія Гіббса вивільняється у водні за допомогою каталітичних пристроїв. Вільна енергія Гіббса – це електрохімічна енергія, що включає ентропію та інші теорії. Принцип роботи водневого паливного елемента полягає в тому, що водень розкладається на іони водню (тобто протони) та електрони за допомогою каталізатора (платини) у позитивному електроді елемента. Іони водню проходять через мембрану протонного обміну до негативного електрода, а кисень реагує, перетворюючись на воду та тепло, а відповідні електрони перетікають від позитивного електрода до негативного через зовнішнє коло, генеруючи електричну енергію.
Устек паливних елементів, відбувається реакція водню та кисню, і в процесі відбувається перенесення заряду, що призводить до виникнення струму. Водночас водень реагує з киснем, утворюючи воду.
Як хімічний реактор, ключовим технологічним ядром пакету паливних елементів є «протонно-обмінна мембрана». Дві сторони плівки розташовані близько до шару каталізатора, що розкладає водень на заряджені іони. Оскільки молекула водню мала, електрони, що переносять водень, можуть дрейфувати на протилежний бік через крихітні отвори плівки. Однак, у процесі проходження електронів, що переносять водень, через отвори плівки, електрони відриваються від молекул, залишаючи лише позитивно заряджені протони водню, які досягають іншого кінця через плівку.
Протони воднюпритягуються до електрода з іншого боку плівки та з'єднуються з молекулами кисню. Електродні пластини з обох боків плівки розщеплюють водень на позитивні іони водню та електрони, а кисень – на атоми кисню, щоб захопити електрони та перетворити їх на іони кисню (негативна електрика). Електрони утворюють струм між електродними пластинами, і два іони водню та один іон кисню об'єднуються, утворюючи воду, яка стає єдиним «відходом» у процесі реакції. По суті, весь робочий процес – це процес вироблення енергії. У міру розвитку реакції окислення електрони безперервно переносяться, утворюючи струм, необхідний для руху автомобіля.
Час публікації: 12 лютого 2022 р.