Cos'è una cella a combustibile a membrana di scambio di protoni?

Una cella a combustibile a membrana di scambio di protoni (PEMFC) è una cella a combustibile che utilizza idrogeno e ossigeno per liberare l'energia elettrica.La sua caratteristica distintiva è una membrana elettrolitica chiamata gruppo elettrodo a membrana (MEA) che consente il passaggio di protoni ma non elettroni.Una cella a combustibile a membrana di scambio di protoni ha potenziali applicazioni come cella a combustibile stazionaria e portatile.

Un MEA ha un lato anodo e un lato catodo.Una corrente elettrica scorre sul lato dell'anodo misura e fuori dal suo lato catodo.Una cella a combustibile a membrana di scambio di protoni fornisce gas idrogeno sul lato misurano, che divide gli atomi di idrogeno in elettroni e protoni, un processo che può essere mostrato da un'equazione: H2 - 2e- + 2H +.I protoni in questa reazione viaggiano attraverso il MEA sul lato catodo e gli elettroni passano sul lato del catodo Meas attraverso un circuito esterno.La combinazione di questi processi crea una corrente elettrica.

Una cella a combustibile a membrana di scambio di protoni fornisce anche gas di ossigeno sul lato catodo del MEA.Se le molecole di ossigeno diatomico (O2) possono essere divise in atomi di ossigeno, i protoni che viaggiano attraverso il MEA possono reagire con questi atomi di ossigeno per formare molecole d'acqua.Questa reazione può anche essere mostrata da un'equazione: O + 2H + + 2E- - H ₂ O.

Il MEA deve soddisfare diversi criteri per produrre elettricità.Non può consentire al gas idrogeno o ossigeno di percorrerlo.Il MEA deve anche essere in grado di resistere all'effetto ossidativo sul lato anodo e all'effetto riducente sul lato catodo. I catalizzatori di platino possono essere usati per dividere le molecole di idrogeno con relativa facilità.La suddivisione delle molecole di ossigeno con catalizzatori di platino, tuttavia, produce perdite elettriche significative.Un ulteriore problema con i catalizzatori di platino è che una quantità molto piccola di anidride carbonica degraderà significativamente le loro prestazioni.Gli scienziati non avevano scoperto un catalizzatore pratico per la divisione delle molecole di ossigeno a partire dal 2010, ma un catalizzatore composto da carbonio, ferro e azoto aveva mostrato la promessa.La difficoltà primaria con questo catalizzatore è che la sua velocità di reazione diminuisce rapidamente per un breve periodo di tempo.

L'acqua provoca anche perdite elettriche in una cella a combustibile a membrana di scambio di protoni.La cella a combustibile deve impedire all'acqua in eccesso di inondare il MEA ma consentire abbastanza acqua per impedire al MEA di asciugare.La gestione dell'acqua in una cella a combustibile a membrana di scambio di protoni è difficile, perché l'acqua è attratta dal lato catodo del MEA.Le pompe elettroSmotiche sono una possibile soluzione a questo problema.