Hvad er en protonudvekslingsmembranbrændselscelle?
En protonudvekslingsmembranbrændselscelle (PEMFC) er en brændselscelle, der bruger brint og ilt til at befri elektrisk energi. Dens kendetegn er en elektrolytmembran kaldet en membranelektrodeenhed (MEA), der tillader passage af protoner, men ikke elektroner. En protonudvekslingsmembranbrændselscelle har potentielle anvendelser som både en stationær og bærbar brændselscelle.
En MEA har en anodeside og en katodeside. En elektrisk strøm flyder ind i MEAs anodeside og ud af dens katodeside. En protonudvekslingsmembranbrændselscelle leverer brintgas til MEAs anodeside, der opdeler hydrogenatomerne 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 protonudvekslingsmembranbrændselscelle leverer også OXYgen gas til MEAs katodeside. Hvis molekylerne af diatomisk ilt (O2) kan opdeles i iltatomer, kan protonerne, der rejser gennem MEA, reagere med disse iltatomer for at danne molekyler af vand. Denne reaktion kan også vises ved en ligning: O + 2H + + 2E- -> H 2 o.
MEA skal opfylde flere kriterier for at producere elektricitet. Det kan ikke tillade, at brint- eller iltgas rejser gennem det. MEA skal også være i stand til at modstå den oxidative effekt på anodesiden og den reducerende virkning på katodesiden.
Platinumkatalysatorer kan bruges til at opdele brintmolekyler med relativ lethed. Opdeling af iltmolekyler med platinekatalysatorer producerer imidlertid betydelige elektriske tab. Et yderligere problem med platinekatalysatorer er, at en meget lille mængde kuldioxid vil nedbryde deres ydeevne markant. Forskere havde ikke opdaget en praktiskKatalysator til opdeling af iltmolekyler fra 2010, men en katalysator sammensat af kulstof, jern og nitrogen havde vist det mest løfte. Den primære vanskelighed med denne katalysator er, at dens reaktionshastighed hurtigt falder over en kort periode.
Vand medfører også elektriske tab i en protonudvekslingsmembranbrændselscelle. Brændselscellen skal forhindre overskydende vand i at oversvømme MEA, men giver nok vand til at forhindre, at MEA udtørrer. Vandstyring i en protonudvekslingsmembranbrændstofcelle er vanskelig, fordi vandet tiltrækkes af katodesiden af MEA. Elektro osmotiske pumper er en mulig løsning på dette problem.