Hvad er en Proton Exchange-membranbrændselscelle?

En protonbyttermembranbrændselscelle (PEMFC) er en brændselscelle, der bruger brint og ilt til at frigøre elektrisk energi. Dets kendetegn er en elektrolytmembran kaldet en membranelektrodesamling (MEA), der tillader passage af protoner, men ikke elektroner. En protonbyttermembranbrændselscelle har potentielle anvendelser som både en stationær og bærbar brændselscelle.

En MEA har en anodeside og en katodeside. En elektrisk strøm strømmer ind i MEAs anodeside og ud af dens katodeside. En protonudvekslingsmembranbrændselscelle leverer brintgas til MEAs anodeside, der opdeler brintatomerne i elektroner og protoner, en proces, der kan vises ved en ligning: H2 -> 2e- + 2H +. Protonerne i denne reaktion bevæger sig gennem MEA til dens katodeside, og elektronerne passerer til MEAs katodeside gennem et eksternt kredsløb. Kombinationen af ​​disse processer skaber en elektrisk strøm.

En protonbyttermembranbrændselscelle leverer også iltgas til MEAs katodeside. Hvis molekylerne af diatomisk ilt (O2) kan opdeles i oxygenatomer, kan protonerne, der rejser gennem MEA, reagere med disse oxygenatomer og danne vandmolekyler. Denne reaktion kan også vises ved en ligning: O + 2H + + 2e- -> H20.

MEA skal opfylde flere kriterier for at producere elektricitet. Det kan ikke lade brint eller iltgas rejse gennem det. MEA skal også være i stand til at modstå den oxidative virkning på anodesiden og den reducerende virkning på katodesiden.

Platinkatalysatorer kan bruges til at opdele brintmolekyler med relativ lethed. Opdeling af iltmolekyler med platinkatalysatorer producerer imidlertid betydelige elektriske tab. Et yderligere problem med platinkatalysatorer er, at en meget lille mængde kuldioxid væsentligt vil forringe deres ydeevne. Forskere havde ikke opdaget en praktisk katalysator til opdeling af iltmolekyler fra 2010, men en katalysator bestående af kulstof, jern og nitrogen havde vist det mest løfte. Den primære vanskelighed med denne katalysator er, at dens reaktionshastighed falder hurtigt over en kort periode.

Vand forårsager også elektriske tab i en protonbyttermembranbrændselscelle. Brændselscellen skal forhindre overskydende vand i at oversvømme MEA, men tillade nok vand til at forhindre MEA i at udtørre. Vandforvaltning i en protonbyttermembranbrændselscelle er vanskelig, fordi vandet tiltrækkes til katodesiden af ​​MEA. Elektro-osmotiske pumper er en mulig løsning på dette problem.