Co je to palivový článek pro výměnu protonů?
Palivový článek pro výměnu membrány protonů (PEMFC) je palivový článek, který používá elektrickou energii vodík a kyslík. Jeho rozlišovacím rysem je elektrolytová membrána zvaná membránová elektrodová sestava (MEA), která umožňuje průchod protonů, ale nikoli elektronů. Palivový článek pro výměnu protonů má potenciální aplikace jako stacionární i přenosný palivový článek.
MEA má anodovou stranu a stranu katody. Elektrický proud teče na anodovou stranu MEA a ze své katodové strany. Palivový článek pro protonovou výměnu membrány dodává vodíkový plyn na anodovou stranu MEA, která rozděluje atomy vodíku na elektrony a protony, což je proces, který lze ukázat rovnicí: H2 -> 2E- + 2H +. Protony v této reakci cestují MEA na stranu katody a elektrony procházejí na stranu katody MEA přes vnější obvod. Kombinace těchto procesů vytváří elektrický proud.
Palivový článek Membrány pro výměnu protonů také dodává OXYGEN plyn na stranu katody MEA. Pokud lze molekuly diatomického kyslíku (O2) rozdělit na atomy kyslíku, mohou protony procházející MEA reagovat s těmito atomy kyslíku za vzniku molekul vody. Tuto reakci lze také ukázat rovnicí: O + 2H + + 2E- -> H 2 O.
MEA musí splňovat několik kritérií, aby mohla vyrábět elektřinu. To nemůže dovolit, aby to vodíkový nebo kyslíkový plyn projížděl. MEA musí být také schopna odolat oxidačnímu účinku na anodovou stranu a redukčním účinku na stranu katody.
Platinové katalyzátory mohou být použity k rozdělení molekul vodíku s relativně snadností. Rozdělení kyslíkových molekul s katalyzátory platiny však způsobuje významné elektrické ztráty. Dalším problémem s platinovými katalyzátory je to, že velmi malé množství oxidu uhličitého výrazně sníží jejich výkon. Vědci neobjevili praktickýKatalyzátor pro rozdělení molekul kyslíku od roku 2010, ale katalyzátor složený z uhlíku, železa a dusíku prokázal nejslibnější. Primárním problémem s tímto katalyzátorem je, že jeho reakční rychlost rychle klesá po krátkou dobu.
Voda také způsobuje elektrické ztráty v palivovém článku na membránu protonu. Palivový článek musí zabránit nadměrné vodě zaplavit MEA, ale umožnit dostatek vody, aby se MEA zabránilo vysychání. Vodové hospodářství v palivovém článku pro výměnu protonů je obtížné, protože voda je přitahována katodovou stranou MEA. Elektrosmotická čerpadla jsou jedním z možných řešení tohoto problému.