Co je to palivový článek s membránovými membránami Proton?
Palivový článek s membránou pro výměnu protonů (PEMFC) je palivový článek, který k uvolnění elektrické energie používá vodík a kyslík. Jeho rozlišovacím znakem je elektrolytová membrána zvaná sestava membránové elektrody (MEA), která umožňuje průchod protonů, ale nikoli elektronů. Palivový článek s protonovou výměnnou membránou má potenciální využití jako stacionární i přenosný palivový článek.
MEA má anodovou a katodovou stranu. Elektrický proud teče do anodové strany MEA a z její katodové strany. Palivový článek s membránou pro výměnu protonů dodává vodík na stranu anody MEA, která rozděluje atomy vodíku na elektrony a protony, což je proces, který lze znázornit pomocí rovnice: H2 -> 2‑ + 2H +. Protony v této reakci putují MEA na svou katodovou stranu a elektrony procházejí na katodovou stranu MEA přes vnější obvod. Kombinace těchto procesů vytváří elektrický proud.
Palivový článek s membránou pro výměnu protonů rovněž dodává kyslík na katodovou stranu MEA. Pokud se molekuly diatomického kyslíku (O2) mohou rozdělit na atomy kyslíku, mohou protony procházející MEA reagovat s těmito atomy kyslíku a vytvářet molekuly vody. Tuto reakci lze také znázornit pomocí rovnice: O + 2H + + 2- -> H20.
MEA musí splňovat několik kritérií, aby mohla vyrábět elektřinu. Nemůže dovolit, aby jím procházel vodík nebo plynný kyslík. MEA musí být také schopna odolat oxidačnímu účinku na straně anody a redukčnímu účinku na straně katody.
Katalyzátory platiny mohou být použity k rozdělení molekul vodíku relativně snadno. Rozštěpení molekul kyslíku katalyzátory platiny však vede k významným elektrickým ztrátám. Další problém s platinovými katalyzátory je v tom, že velmi malé množství oxidu uhličitého významně sníží jejich výkon. Vědci nezjistili praktický katalyzátor pro štěpení molekul kyslíku od roku 2010, ale nejslibnější byl katalyzátor složený z uhlíku, železa a dusíku. Primárním problémem tohoto katalyzátoru je to, že jeho reakční rychlost rychle klesá během krátké doby.
Voda také způsobuje elektrické ztráty v palivovém článku s membránovou výměnou protonů. Palivový článek musí zabránit nadměrné vodě v zaplavení MEA, ale ponechat dostatek vody, aby MEA nezaschla. Vodní hospodářství v palivovém článku s membránou pro výměnu protonů je obtížné, protože voda je přitahována na katodovou stranu MEA. Jedním z možných řešení tohoto problému jsou elektroosmotická čerpadla.