Vad är en Proton Exchange -membranbränslecell?
En protonbytesmembranbränslecell (PEMFC) är en bränslecell som använder väte och syre för att befria elektrisk energi. Dess utmärkande funktion är ett elektrolytmembran som kallas en membranelektrodmontering (MEA) som möjliggör passage av protoner men inte elektroner. En protonbytesmembranbränslecell har potentiella tillämpningar eftersom både en stationär och bärbar bränslecell.
En MEA har en anodsida och en katodsida. En elektrisk ström flyter in i MEA: s anodsida och ut ur katodens sida. En protonbytesmembranbränslecell levererar vätgas till MEA: s anodsida, som delar väteatomerna i elektroner och protoner, en process som kan visas med en ekvation: H2 -> 2E- + 2H +. Protonerna i denna reaktion reser genom MEA till dess katodsida, och elektronerna passerar till MEA: s katodsida genom en extern krets. Kombinationen av dessa processer skapar en elektrisk ström.
En protonbytesmembranbränslecell levererar också oxYgen gas till MEA: s katodsida. Om molekylerna av diatomiskt syre (O2) kan delas upp i syreatomer, kan protonerna som reser genom MEA reagera med dessa syreatomer för att bilda molekyler av vatten. Denna reaktion kan också visas med en ekvation: o + 2h + + 2e- -> h 2 o.
MEA måste uppfylla flera kriterier för att producera el. Det kan inte tillåta väte- eller syregas att resa genom den. MEA måste också kunna motstå den oxidativa effekten på anodsidan och den reducerande effekten på katodsidan.
platinakatalysatorer kan användas för att dela vätemolekyler med relativt lätthet. Dela syremolekyler med platinakatalysatorer ger emellertid betydande elektriska förluster. Ett ytterligare problem med platinakatalysatorer är att en mycket liten mängd koldioxid avsevärt kommer att försämra deras prestanda. Forskare hade inte upptäckt ett praktisktKatalysator för att dela syremolekyler från och med 2010, men en katalysator som består av kol, järn och kväve hade visat det mest löfte. Den primära svårigheten med denna katalysator är att dess reaktionshastighet sjunker snabbt under en kort tid.
Vatten orsakar också elektriska förluster i en protonbytesmembranbränslecell. Bränslecellen måste förhindra att överflödigt vatten översvämmar MEA men tillåter tillräckligt med vatten för att förhindra att MEA torkar ut. Vattenhantering i en protonbytesmembranbränslecell är svårt, eftersom vattnet lockas till katodens sida av MEA. Elektro osmotiska pumpar är en möjlig lösning på detta problem.