Qu'est-ce qu'une pile à combustible à membrane d'échange de protons?

Une pile à combustible à membrane d'échange de protons (PEMFC) est une pile à combustible qui utilise l'hydrogène et l'oxygène pour libérer l'énergie électrique.Sa caractéristique distinctive est une membrane d'électrolyte appelée assemblage d'électrode à membrane (MEA) qui permet le passage de protons mais pas d'électrons.Une pile à combustible à membrane d'échange de protons a des applications potentielles comme pile à combustible stationnaire et portable.

Un MEA a un côté anode et un côté cathode.Un courant électrique s'écoule dans le côté anode de mesure et hors de son côté cathode.Une pile à combustible à membrane d'échange de protons fournit de l'hydrogène gazeux au côté de l'anode de mesure, qui divise les atomes d'hydrogène en électrons et protons, un processus qui peut être montré par une équation: H2 - 2E- + 2H +.Les protons de cette réaction se déplacent à travers le MEA à son côté cathode, et les électrons passent du côté de la cathode à travers un circuit externe.La combinaison de ces processus crée un courant électrique.

Une pile à combustible à membrane d'échange de protons fournit également l'oxygène gazeux du côté cathode du MEA.Si les molécules d'oxygène diatomique (O2) peuvent être divisées en atomes d'oxygène, les protons voyageant à travers le MEA peuvent réagir avec ces atomes d'oxygène pour former des molécules d'eau.Cette réaction peut également être montrée par une équation: O + 2H + + 2E- - H ₂ O.

Le MEA doit répondre à plusieurs critères afin de produire de l'électricité.Il ne peut pas permettre à l'hydrogène ou à l'oxygène gazeux de le traverser.Le MEA doit également être capable de résister à l'effet oxydatif du côté anode et l'effet réducteur du côté cathode.

Les catalyseurs en platine peuvent être utilisés pour diviser les molécules d'hydrogène avec une facilité relative.La division des molécules d'oxygène avec des catalyseurs de platine, cependant, produit des pertes électriques importantes.Un problème supplémentaire avec les catalyseurs de platine est qu'une très petite quantité de dioxyde de carbone dégradera considérablement leurs performances.Les scientifiques n'avaient pas découvert de catalyseur pratique pour diviser les molécules d'oxygène en 2010, mais un catalyseur composé de carbone, de fer et d'azote avait montré le plus de promesses.La principale difficulté avec ce catalyseur est que sa vitesse de réaction baisse rapidement sur une courte période.

L'eau provoque également des pertes électriques dans une pile à combustible à membrane d'échange de protons.La pile à combustible doit empêcher l'excès d'eau d'inonder le MEA, mais laisser suffisamment d'eau pour empêcher le MEA de sécher.La gestion de l'eau dans une pile à combustible à membrane d'échange de protons est difficile, car l'eau est attirée du côté cathode du MEA.Les pompes électro osmotiques sont une solution possible à ce problème.