Wat zijn de verschillende soorten brandstofcellen?

Brandstofcellen zetten chemische energie om in elektriciteit. Ze zijn qua werking vergelijkbaar met batterijen, behalve dat de chemische reagentia in een brandstofcel kunnen worden bijgevuld als ze leeg zijn. Een brandstofcel wordt meestal gekenmerkt door het type elektrolyt dat wordt gebruikt, de bedrijfstemperatuur en de mogelijke toepassingen. Het meeste onderzoek naar brandstofcellen is gericht op autotoepassingen, hoewel ze ook worden onderzocht voor verkenning van de ruimte.

Een belangrijk kenmerk van een brandstofcel is het gebruikte type elektrolyt. Een elektrolyt in een brandstofcel verbindt de brandstof en oxidator elektrisch terwijl ze fysiek gescheiden blijven. Elektrolyten die worden gebruikt in brandstofceltechnologie kunnen vloeibaar of vast zijn, wat leidt tot verschillende ontwerpvoordelen en uitdagingen.

Een handige manier om brandstofcellen te classificeren is door hun werktemperatuur. Veel ontwerpen, zoals de brandstofcel met vast oxide, vereisen hoge bedrijfstemperaturen om een ​​hoge energie-efficiëntie te bereiken. Reacties bij deze hoge temperaturen kunnen vaak meer interne chemische energie omzetten in elektriciteit, in plaats van veel energie te verliezen door afvalwarmte. Brandstofcellen met lagere bedrijfstemperaturen zijn daarentegen meestal draagbaarder. Brandstofcellen van polymeeruitwisselingsleden (PEMFC's) worden onderzocht voor hun veelbelovende toepassing in transport.

PEMFC's kunnen een relatief hoog rendement behalen bij een temperatuur lager dan 212 graden Fahrenheit (100 graden Celsius). Door een dergelijke lage bedrijfstemperatuur kan de brandstofcel snel opstarten. Dit type brandstofcel gebruikt ook een solide plastic film als elektrolyt, waardoor het afdichten van de brandstofcel eenvoudiger is dan voor andere soorten elektrolyten. Deze combinatie van functies heeft de PEMFC tot een ideale kandidaat gemaakt voor het vervangen van verbrandingsmotoren.

Sommigen hebben gespeculeerd dat brandstofcellen uiteindelijk op benzine gebaseerde transportsystemen volledig zullen vervangen. Een economie op basis van waterstof in plaats van olie, zou verschillende belangrijke voordelen kunnen genieten. Ten eerste zou de uitstoot van voertuigen beperkt blijven tot waterdamp, wat geen overduidelijke bedreiging voor het milieu vormt. Ten tweede kunnen voertuigen op waterstof uiteindelijk krachtiger blijken te zijn per massa-eenheid brandstof. Ten slotte kan de toevoer van waterstof mogelijk een hernieuwbare hulpbron zijn, in tegenstelling tot fossiele brandstoffen die niet hernieuwbaar zijn.

Alkalische brandstofcellen zijn het type dat wordt gebruikt bij het verkennen van de ruimte, inclusief de Apollo-ruimtevluchten naar de maan. Ze combineren waterstof en zuurstof om elektriciteit op te wekken, waarbij warmte en water vrijkomen. Een waterige alkalische oplossing wordt als de elektrolyt in dit type brandstofcel gebruikt. Alkalische brandstofcellen hebben een hoog niveau van technologische ontwikkeling en kunnen een elektrisch rendement tot 60% hebben. De kosten van deze brandstofcellen hebben echter hun wijdverspreide toepassing in terrestrische toepassingen voorkomen.