Jakie są różne typy ogniw paliwowych?
Ogniwa paliwowe przekształcają energię chemiczną w energię elektryczną. Działają podobnie do akumulatorów, z tą różnicą, że reagenty chemiczne w ogniwie paliwowym można uzupełnić, gdy się wyczerpią. Ogniwo paliwowe zazwyczaj charakteryzuje się rodzajem zastosowanego elektrolitu, jego temperaturą roboczą i możliwymi zastosowaniami. Większość badań nad ogniwami paliwowymi koncentruje się na zastosowaniach samochodowych, choć są one również badane w celu eksploracji kosmosu.
Ważną cechą ogniwa paliwowego jest rodzaj zastosowanego elektrolitu. Elektrolit w ogniwie paliwowym łączy paliwo i utleniacz elektrycznie, jednocześnie fizycznie je oddzielając. Elektrolity stosowane w technologii ogniw paliwowych mogą być ciekłe lub stałe, co prowadzi do różnych zalet i wyzwań projektowych.
Pomocnym sposobem klasyfikacji ogniw paliwowych jest ich temperatura robocza. Wiele konstrukcji, takich jak ogniwo paliwowe z tlenkiem stałym, wymaga wysokich temperatur roboczych, aby osiągnąć wysoką wydajność energetyczną. Reakcje w tych wysokich temperaturach mogą często przekształcić więcej wewnętrznej energii chemicznej w elektryczność, zamiast tracić dużo energii z powodu ciepła odpadowego. Z drugiej strony ogniwa paliwowe o niższych temperaturach roboczych są zwykle bardziej przenośne. Ogniwa paliwowe z członami wymiany polimeru (PEMFC) są badane pod kątem ich obiecującego zastosowania w transporcie.
PEMFC mogą osiągnąć stosunkowo wysoką wydajność podczas pracy w temperaturze poniżej 212 stopni Fahrenheita (100 stopni Celsjusza). Tak niska temperatura robocza umożliwia szybkie uruchomienie ogniwa paliwowego. Ten rodzaj ogniwa paliwowego wykorzystuje również stałą folię z tworzywa sztucznego jako elektrolit, co sprawia, że uszczelnianie ogniwa paliwowego jest prostsze niż w przypadku innych rodzajów elektrolitów. Ta kombinacja funkcji sprawiła, że PEMFC jest idealnym kandydatem do wymiany samochodowych silników spalinowych.
Niektórzy spekulują, że ogniwa paliwowe ostatecznie zastąpią całkowicie systemy transportowe oparte na benzynie. Ekonomia oparta na wodorze, a nie na ropie naftowej, może mieć kilka kluczowych zalet. Po pierwsze, emisje z pojazdów byłyby ograniczone do pary wodnej, która nie stanowi oczywistego zagrożenia dla środowiska. Po drugie, pojazdy napędzane wodorem mogą ostatecznie okazać się mocniejsze na jednostkę masy paliwa. Wreszcie dostawa wodoru mogłaby potencjalnie być zasobem odnawialnym, w przeciwieństwie do paliw kopalnych, które nie są odnawialne.
Alkaliczne ogniwa paliwowe są typem wykorzystywanym w eksploracji kosmosu, w tym w lotach kosmicznych Apollo na Księżyc. Łączą wodór i tlen w celu wytworzenia elektryczności, uwalniając ciepło i wodę w procesie. Wodny roztwór alkaliczny jest stosowany jako elektrolit w tego typu ogniwach paliwowych. Alkaliczne ogniwa paliwowe cieszą się wysokim poziomem rozwoju technologii i mogą mieć sprawność elektryczną do 60%. Koszt tych ogniw paliwowych uniemożliwił ich powszechne zastosowanie w aplikacjach naziemnych.