Was ist eine Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle?

Eine Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle (PEMFC) ist eine Brennstoffzelle, die Wasserstoff und Sauerstoff verwendet, um elektrische Energie zu befreien.Sein Unterscheidungsmerkmal ist eine Elektrolytmembran, die als Membranelektrodenanordnung (MEA) bezeichnet wird, die den Durchgang von Protonen, aber nicht von Elektronen ermöglicht.Eine Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle hat potenzielle Anwendungen als stationäre und tragbare Brennstoffzelle.

Eine MEA hat eine Anodenseite und eine Kathodenseite.Ein elektrischer Strom fließt in die Messanodenseite und außerhalb seiner Kathodenseite.Eine Protonenaustauschmembranbrennstoffzelle liefert Wasserstoffgas auf die Messanodenseite, die die Wasserstoffatome in Elektronen und Protonen aufteilt, ein Prozess, der durch eine Gleichung gezeigt werden kann: H2 - 2e- + 2H +.Die Protonen in dieser Reaktion reisen durch die Mea zu ihrer Kathodenseite, und die Elektronen gehen zur Messkathodenseite durch einen externen Stromkreis.Die Kombination dieser Prozesse erzeugt einen elektrischen Strom.

Eine Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle liefert auch Sauerstoffgas an die Kathodenseite der MEA.Wenn die Moleküle des Diatom -Sauerstoffs (O2) in Sauerstoffatome aufgeteilt werden können, können die durch die Mea fahrenden Protonen mit diesen Sauerstoffatomen reagieren, um Wassermoleküle zu bilden.Diese Reaktion kann auch durch eine Gleichung gezeigt werden: O + 2H + + 2E- - H ₂ O.

fluss muss die mea mehrere kriterien erfüllen, um Strom zu erzeugen.Es kann nicht zulassen, dass Wasserstoff oder Sauerstoffgas durch sie reist.Die MEA muss auch in der Lage sein, der oxidativen Wirkung auf der Anodenseite und dem Reduktionswirkung auf der Kathodenseite zu widerstehen.Das Spalten von Sauerstoffmolekülen mit Platinkatalysatoren führt jedoch zu erheblichen elektrischen Verlusten.Ein zusätzliches Problem mit Platinkatalysatoren ist, dass eine sehr geringe Menge Kohlendioxid ihre Leistung erheblich beeinträchtigen wird.Wissenschaftler hatten seit 2010 keinen praktischen Katalysator für die Aufteilung von Sauerstoffmolekülen entdeckt, aber ein Katalysator, der aus Kohlenstoff, Eisen und Stickstoff bestand, hatte das Versprechen gezeigt.Die Hauptschwierigkeit bei diesem Katalysator besteht darin, dass seine Reaktionsgeschwindigkeit über einen kurzen Zeitraum schnell sinkt. Wasser verursacht auch elektrische Verluste in einer Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle.Die Brennstoffzelle muss verhindern, dass überschüssiges Wasser die MEA überflutet, aber genug Wasser, damit die Mea nicht austrocknen kann.Das Wassermanagement in einer Protonenaustauschmembran -Brennstoffzelle ist schwierig, da das Wasser von der Kathodenseite der MEA angezogen wird.Elektrosmotische Pumpen sind eine mögliche Lösung für dieses Problem.