Was ist eine Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle?
Eine Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle (PEMFC) ist eine Brennstoffzelle, die Wasserstoff und Sauerstoff verwendet, um elektrische Energie zu befreien. Sein Unterscheidungsmerkmal ist eine Elektrolytmembran, die als Membranelektrodenanordnung (MEA) bezeichnet wird und den Durchgang von Protonen, jedoch nicht von Elektronen ermöglicht. Eine Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle hat potenzielle Anwendungen als stationäre und tragbare Brennstoffzelle.
Eine MEA hat eine Anodenseite und eine Kathodenseite. Ein elektrischer Strom fließt in die Anodenseite der MEA und außerhalb seiner Kathodenseite. Eine Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle liefert Wasserstoffgas an die Anodenseite der MEA, die die Wasserstoffatome in Elektronen und Protonen aufteilt, ein Prozess, der durch eine Gleichung gezeigt werden kann: H2 -> 2e- + 2H +. Die Protonen in dieser Reaktion reisen durch die MEA zur Kathodenseite, und die Elektronen gehen zur Kathodenseite der MEA durch einen externen Stromkreis. Die Kombination dieser Prozesse erzeugt einen elektrischen Strom.
Eine Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle liefert auch OXYgen Gas zur Kathodenseite der MEA. Wenn die Moleküle des Diatomsauerstoffs (O2) in Sauerstoffatome aufgeteilt werden können, können die Protonen, die durch die MEA fließen, mit diesen Sauerstoffatomen reagieren, um Wassermoleküle zu bilden. Diese Reaktion kann auch durch eine Gleichung gezeigt werden: o + 2H + + 2e- -> H 2 o.
Die MEA muss mehrere Kriterien erfüllen, um Strom zu erzeugen. Es kann nicht zulassen, dass Wasserstoff oder Sauerstoffgas durch sie fliegen. Die MEA muss auch in der Lage sein, der oxidativen Wirkung auf der Anodenseite und dem Reduktionseffekt auf der Kathodenseite zu widerstehen.
Platinkatalysatoren können verwendet werden, um Wasserstoffmoleküle relativ leicht zu teilen. Das Spalten von Sauerstoffmolekülen mit Platinkatalysatoren erzeugt jedoch zu erheblichen elektrischen Verlusten. Ein zusätzliches Problem mit Platinkatalysatoren ist, dass eine sehr geringe Menge Kohlendioxid ihre Leistung erheblich beeinträchtigen wird. Wissenschaftler hatten keine praktische Entdeckung entdecktKatalysator zur Aufteilung von Sauerstoffmolekülen ab 2010, aber ein Katalysator aus Kohlenstoff, Eisen und Stickstoff hatte das Versprechen gezeigt. Die Hauptschwierigkeit bei diesem Katalysator ist, dass seine Reaktionsgeschwindigkeit über einen kurzen Zeitraum schnell sinkt.
Wasser verursacht auch elektrische Verluste in einer Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle muss verhindern, dass überschüssiges Wasser die MEA überflutet, aber genug Wasser, damit die Mea nicht austrocknen kann. Das Wassermanagement in einer Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle ist schwierig, da das Wasser von der Kathodenseite der MEA angezogen wird. Elektro osmotische Pumpen sind eine mögliche Lösung für dieses Problem.