Wat is een protonuitwisselingsmembraanbrandstofcel?
Een protonuitwisselingsmembraanbrandstofcel (PEMFC) is een brandstofcel die waterstof en zuurstof gebruikt om elektrische energie te bevrijden. Het onderscheidende kenmerk is een elektrolytmembraan genaamd een membraanelektrode -assemblage (MEA) dat de doorgang van protonen mogelijk maakt maar niet elektronen. Een protonuitwisselingsmembraanbrandstofcel heeft potentiële toepassingen als zowel een stationaire als een draagbare brandstofcel.
Een MEA heeft een anodezijde en een kathodezijde. Een elektrische stroom stroomt in de anode -zijde van de MEA en uit de kathodezijde. Een protonuitwisselingsmembraanbrandstofcel levert waterstofgas aan de anodezijde van de MEA, die de waterstofatomen splitst in elektronen en protonen, een proces dat kan worden aangetoond door een vergelijking: H2 -> 2E- + 2H +. De protonen in deze reactie reizen door het MEA naar zijn kathodezijde en de elektronen passeren naar de kathode van de MEA door een extern circuit. De combinatie van deze processen creëert een elektrische stroom.
Een protonuitwisselingsmembraanbrandstofcel levert ook OX opYgen gas aan de kathodezijde van de MEA. Als de moleculen van diatomaire zuurstof (O2) kunnen worden opgesplitst in zuurstofatomen, kunnen de protonen die door het MEA reizen met deze zuurstofatomen reageren om watermoleculen te vormen. Deze reactie kan ook worden aangetoond door een vergelijking: O + 2H + + 2e- -> H 2 o.
De MEA moet aan verschillende criteria voldoen om elektriciteit te produceren. Het kan niet toestaan dat waterstof of zuurstofgas erdoorheen reizen. De MEA moet ook in staat zijn om het oxidatieve effect op de anodezijde en het reducerende effect op de kathodezijde te weerstaan.
Platinumkatalysatoren kunnen worden gebruikt om met relatief gemak waterstofmoleculen te splitsen. Het splitsen van zuurstofmoleculen met platinakatalysatoren produceert echter aanzienlijke elektrische verliezen. Een extra probleem met platinacatalysatoren is dat een zeer kleine hoeveelheid koolstofdioxide hun prestaties aanzienlijk zal afbreken. Wetenschappers hadden geen praktisch ontdektKatalysator voor het splitsen van zuurstofmoleculen vanaf 2010, maar een katalysator bestaande uit koolstof, ijzer en stikstof had de meeste belofte aangetoond. De primaire moeilijkheid met deze katalysator is dat de reactiesnelheid ervan snel gedurende een korte periode daalt.
Water veroorzaakt ook elektrische verliezen in een protonuitwisselingsmembraanbrandstofcel. De brandstofcel moet voorkomen dat overtollig water het MEA overspoelt, maar voldoende water toestaan om te voorkomen dat de MEA uitdrogen. Waterbeheer in een protonuitwisselingsmembraanbrandstofcel is moeilijk, omdat het water wordt aangetrokken door de kathodezijde van de MEA. Electro -osmotische pompen zijn een mogelijke oplossing voor dit probleem.