양성자 교환막 연료 전지 란?
양성자 교환 막 연료 전지 (PEMFC)는 수소와 산소를 사용하여 전기 에너지를 방출하는 연료 전지입니다. 그 특징은 전자가 아닌 양성자를 통과시키는 막 전극 조립체 (MEA)라고하는 전해질 막입니다. 양성자 교환 막 연료 전지는 고정식 및 휴대용 연료 전지 둘 다로서 잠재적 인 응용을 갖는다.
MEA는 애노드 측 및 캐소드 측을 갖는다. 전류는 MEA의 애노드 측으로 그리고 캐소드 측으로 흐른다. 양성자 교환 막 연료 전지는 수소 가스를 MEA의 애노드 측으로 전달하여 수소 원자를 전자와 양성자로 나눈다 : H2-> 2e- + 2H +. 이 반응에서 양성자는 MEA를 통해 음극쪽으로 이동하고 전자는 외부 회로를 통해 MEA의 음극쪽으로 통과합니다. 이러한 프로세스의 조합은 전류를 생성합니다.
양성자 교환 막 연료 전지는 또한 산소 가스를 MEA의 캐소드 측으로 전달한다. 이원자 산소 분자 (O2)가 산소 원자로 분할 될 수 있다면, MEA를 통해 이동하는 양성자가 이들 산소 원자와 반응하여 물 분자를 형성 할 수있다. 이 반응은 또한 다음 방정식으로 나타낼 수있다 : O + 2H + + 2e--> H 2 O.
MEA는 전기를 생산하기 위해 여러 기준을 충족해야합니다. 수 소나 산소 가스가 통과 할 수 없습니다. MEA는 또한 애노드 측의 산화 효과 및 캐소드 측의 감소 효과에 저항 할 수 있어야한다.
백금 촉매를 사용하여 수소 분자를 비교적 용이하게 분할 할 수있다. 그러나 백금 촉매로 산소 분자를 분리하면 상당한 전기 손실이 발생합니다. 백금 촉매의 또 다른 문제점은 매우 적은 양의 이산화탄소가 성능을 현저히 저하 시킨다는 것입니다. 과학자들은 2010 년 현재 산소 분자를 분리하기위한 실질적인 촉매를 발견하지 못했지만 탄소, 철 및 질소로 구성된 촉매가 가장 큰 가능성을 보여주었습니다. 이 촉매의 주요 어려움은 짧은 시간에 반응 속도가 빠르게 떨어진다는 것입니다.
물은 또한 양성자 교환 막 연료 전지에서 전기 손실을 야기한다. 연료 전지는 과도한 물이 MEA를 범람하지 않도록해야하지만 MEA가 마르지 않도록 충분한 물을 허용해야합니다. 양성자 교환 막 연료 전지에서의 물 관리는 물이 MEA의 캐소드 측으로 끌어 당겨지기 때문에 어렵다. 전기 삼투 펌프는이 문제에 대한 하나의 가능한 해결책입니다.