プロトン交換膜燃料電池とは？
プロトン交換膜燃料電池（PEMFC）は、水素と酸素を使用して電気エネルギーを放出する燃料電池です。 その際立った特徴は、膜電極アセンブリ（MEA）と呼ばれる電解質膜であり、プロトンではなく電子の通過を可能にします。 プロトン交換膜燃料電池は、定置型および携帯型の両方の燃料電池としての用途があります。
MEAはアノード側とカソード側を持っています。 電流がMEAのアノード側に流れ、カソード側から流れます。 プロトン交換膜燃料電池は、水素ガスをMEAのアノード側に送り、水素原子を電子とプロトンに分割します。このプロセスは、H2-> 2e- + 2H +の式で示されます。 この反応のプロトンは、MEAを介してカソード側に移動し、電子は外部回路を介してMEAのカソード側に移動します。 これらのプロセスの組み合わせにより、電流が発生します。
プロトン交換膜燃料電池は、酸素ガスをMEAのカソード側にも送ります。 二原子酸素（O2）の分子が酸素原子に分割できる場合、MEAを通過するプロトンはこれらの酸素原子と反応して水の分子を形成できます。 この反応は、方程式+ O + 2H + + 2e--> H 2 Oで示すこともできます。
MEAは、電気を生産するためにいくつかの基準を満たさなければなりません。 水素や酸素ガスが通過することはできません。 また、MEAは、アノード側の酸化効果とカソード側の還元効果に耐えることができなければなりません。
白金触媒を使用すると、比較的簡単に水素分子を分割できます。 ただし、白金触媒で酸素分子を分解すると、大きな電気損失が生じます。 白金触媒に関する追加の問題は、二酸化炭素の量が非常に少ないと性能が著しく低下することです。 科学者は、2010年の時点で酸素分子を分割するための実用的な触媒を発見していませんでしたが、炭素、鉄、窒素から構成される触媒が最も有望でした。 この触媒の主な難点は、その反応速度が短時間で急速に低下することです。
水はまた、プロトン交換膜燃料電池で電気損失を引き起こします。 燃料電池は、過剰な水がMEAをあふれさせないようにする必要がありますが、MEAの乾燥を防ぐのに十分な水を確保する必要があります。 プロトン交換膜燃料電池の水管理は、水がMEAのカソード側に引き付けられるため困難です。 電気浸透ポンプは、この問題の解決策の1つです。