Co je to palivový článek pro proton výměnné membrány?

Membránový palivový článek pro výměnu protonů (PEMFC) je palivový článek, který používá vodík a kyslík k osvobození elektrické energie.Jeho rozlišovacím rysem je elektrolytová membrána zvaná membránová elektrodová sestava (MEA), která umožňuje průchod protonů, ale nikoli elektronů.Palivový článek pro výměnu protonů má potenciální aplikace jako stacionární i přenosný palivový článek.

MEA má anodovou stranu a stranu katody.Elektrický proud teče na stranu meastody a ze své katodové strany.Palivový článek pro protonovou výměnu membrány dodává vodíkový plyn na stranu meastodové anody, která rozděluje atomy vodíku na elektrony a protony, což je proces, který lze ukázat rovnicí: H2 - 2e- + 2H +.Protony v této reakci cestují přes MEA na stranu katody a elektrony procházejí na stranu katody v externím obvodu.Kombinace těchto procesů vytváří elektrický proud.

Palivový článek pro výměnu membrány protonů také dodává kyslíkový plyn na stranu MEA.Pokud lze molekuly diatomického kyslíku (O2) rozdělit na atomy kyslíku, mohou protony procházející MEA reagovat s těmito atomy kyslíku za vzniku molekul vody.Tato reakce může být také ukázána rovnicí: O + 2H + + 2E- - H ₂ O.

MEA musí splňovat několik kritérií, aby mohla produkovat elektřinu.To nemůže dovolit, aby to vodíkový nebo kyslíkový plyn projížděl.MEA musí být také schopna odolat oxidačnímu účinku na stranu anody a redukční účinek na stranu katody.

Platinové katalyzátory lze použít k rozdělení molekul vodíku relativně snadno.Rozdělení kyslíkových molekul s katalyzátory platiny však způsobuje významné elektrické ztráty.Dalším problémem s platinovými katalyzátory je to, že velmi malé množství oxidu uhličitého výrazně sníží jejich výkon.Vědci neobjevili praktický katalyzátor pro rozdělení molekul kyslíku od roku 2010, ale katalyzátor složený z uhlíku, železa a dusíku prokázal nejslibnější.Primárním problémem s tímto katalyzátorem je, že jeho reakční rychlost rychle klesá po krátkou dobu.

Voda také způsobuje elektrické ztráty v palivovém článku na výměně protonů.Palivový článek musí zabránit nadměrné vodě zaplavit MEA, ale umožnit dostatek vody, aby se MEA zabránilo vysychání.Vodové hospodářství v palivovém článku pro výměnu protonů je obtížné, protože voda je přitahována katodovou stranou MEA.Jedním z možných řešení tohoto problému jsou elektrosmotická čerpadla.