Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι κυττάρων καυσίμου;

Τα κύτταρα καυσίμου μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.Είναι παρόμοιες με τις μπαταρίες σε λειτουργία, εκτός από το ότι τα χημικά αντιδραστήρια σε μια κυψέλη καυσίμου μπορούν να αναπληρωθούν όταν εξαντληθούν.Μια κυψέλη καυσίμου χαρακτηρίζεται τυπικά από τον τύπο του χρησιμοποιούμενου ηλεκτρολύτη, τη θερμοκρασία λειτουργίας του και τις πιθανές εφαρμογές του.Οι περισσότερες έρευνες για τα κύτταρα καυσίμων έχουν επικεντρωθεί γύρω από τις εφαρμογές αυτοκινήτων, αν και ερευνούνται επίσης για εξερεύνηση στο διάστημα.

Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό μιας κυψέλης καυσίμου είναι ο τύπος ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται.Ένας ηλεκτρολύτης σε μια κυψέλη καυσίμου συνδέει ηλεκτρικά το καύσιμο και τον οξειδωτικό, διατηρώντας ταυτόχρονα ξεχωριστά.Οι ηλεκτρολύτες που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία κυψελών καυσίμου μπορούν να είναι είτε υγρά είτε στερεά, οδηγώντας σε διαφορετικά πλεονεκτήματα και προκλήσεις σχεδιασμού.

Ένας χρήσιμος τρόπος ταξινόμησης των κυττάρων καυσίμου είναι η θερμοκρασία εργασίας τους.Πολλά σχέδια, όπως η κυψέλη καυσίμου στερεού οξειδίου, απαιτούν υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας για να επιτευχθούν υψηλή ενεργειακή απόδοση.Οι αντιδράσεις σε αυτές τις υψηλές θερμοκρασίες μπορούν συχνά να μετατρέψουν περισσότερη εσωτερική χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια, αντί να χάσουν πολλή ενέργεια μέσω των αποβλήτων θερμότητας.Τα κύτταρα καυσίμου με χαμηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας, από την άλλη πλευρά, είναι συνήθως πιο φορητά.Τα κυψέλες καυσίμου μέλους ανταλλαγής πολυμερών (PEMFCs) μελετώνται για την πολλά υποσχόμενη εφαρμογή τους στη μεταφορά.

Οι PEMFCs μπορούν να επιτύχουν σχετικά υψηλή απόδοση ενώ λειτουργούν σε θερμοκρασία μικρότερη από 212 βαθμούς Φαρενάιτ (100 βαθμοί Κελσίου).Μια τέτοια χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας επιτρέπει στην εκκίνηση της κυψέλης καυσίμου γρήγορα.Αυτός ο τύπος κυττάρων καυσίμου χρησιμοποιεί επίσης μια συμπαγή πλαστική μεμβράνη ως ηλεκτρολύτη, ο οποίος καθιστά τη σφράγιση της κυψέλης καυσίμου απλούστερη από ό, τι για άλλους τύπους ηλεκτρολυτών.Αυτός ο συνδυασμός χαρακτηριστικών έχει καταστήσει το PEMFC έναν ιδανικό υποψήφιο για την αντικατάσταση των μηχανών καύσης αυτοκινήτων.

Μερικοί έχουν υποθέσει ότι τα κύτταρα καυσίμου θα αντικαταστήσουν τελικά τα συστήματα μεταφοράς με βάση τη βενζίνη.Μια οικονομία που βασίζεται στο υδρογόνο και όχι στο πετρέλαιο, θα μπορούσε να απολαύσει αρκετά βασικά πλεονεκτήματα.Πρώτον, οι εκπομπές οχημάτων θα περιορίζονταν σε υδρατμούς, γεγονός που δεν αποτελεί προφανή περιβαλλοντική απειλή.Δεύτερον, τα οχήματα που τροφοδοτούνται από το υδρογόνο μπορεί τελικά να αποδειχθούν πιο ισχυρά ανά μονάδα μάζας καυσίμου.Τέλος, η παροχή υδρογόνου θα μπορούσε ενδεχομένως να είναι ένας ανανεώσιμος πόρος, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα, τα οποία δεν είναι ανανεώσιμα.

Τα κυψέλες αλκαλικού καυσίμου είναι ο τύπος που χρησιμοποιείται στην εξερεύνηση του χώρου, συμπεριλαμβανομένων των διαστημικών πλωτίδων του Apollo στο φεγγάρι.Συνδυάζουν το υδρογόνο και το οξυγόνο για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, απελευθερώνοντας θερμότητα και νερό στη διαδικασία.Ένα υδατικό αλκαλικό διάλυμα χρησιμοποιείται ως ηλεκτρολύτης σε αυτόν τον τύπο κυψέλης καυσίμου.Τα αλκαλικά κύτταρα καυσίμου απολαμβάνουν υψηλό επίπεδο ανάπτυξης τεχνολογίας και μπορούν να έχουν ηλεκτρική απόδοση έως και 60%.Ωστόσο, το κόστος αυτών των κυττάρων καυσίμου έχει εμποδίσει την ευρεία υιοθέτησή τους σε επίγεια εφαρμογές.