Hva er en protonutvekslingsmembranbrenselcelle?
En protonutvekslingsmembranbrenselcelle (PEMFC) er en brenselcelle som bruker hydrogen og oksygen for å frigjøre elektrisk energi.Dens kjennetegn er en elektrolyttmembran som kalles en membranelektrodeenhet (MEA) som tillater passering av protoner, men ikke elektroner.En protonutvekslingsmembranbrenselcelle har potensielle anvendelser som både en stasjonær og bærbar brenselcelle.
En MEA har en anodeside og en katodeside.En elektrisk strøm strømmer inn i måleanodesiden og ut av katodesiden.En protonutvekslingsmembranbrenselcelle leverer hydrogengass til MEAS -anodesiden, som deler hydrogenatomer i elektroner og protoner, en prosess som kan vises ved en ligning: H2 - 2e- + 2H +.Protonene i denne reaksjonen reiser gjennom MEA til katodesiden, og elektronene passerer til målekatodesiden gjennom en ekstern krets.Kombinasjonen av disse prosessene skaper en elektrisk strøm.
En protonutvekslingsmembranbrenselcelle leverer også oksygengass til MEAs katodeside.Hvis molekylene av diatomisk oksygen (O2) kan deles inn i oksygenatomer, kan protonene som reiser gjennom MEA reagere med disse oksygenatomene for å danne molekyler av vann.Denne reaksjonen kan også vises ved en ligning: O + 2H + + 2e- - H 2 O.
MEA må oppfylle flere kriterier for å produsere strøm.Det kan ikke tillate hydrogen eller oksygengass å reise gjennom det.MEA må også være i stand til å motstå den oksidative effekten på anodesiden og den reduserende effekten på katodesiden.
Platinumkatalysatorer kan brukes til å dele hydrogenmolekyler med relativt letthet.Å dele oksygenmolekyler med platinakatalysatorer gir imidlertid betydelige elektriske tap.Et ekstra problem med platinakatalysatorer er at en veldig liten mengde karbondioksid betydelig vil nedbryte ytelsen.Forskere hadde ikke oppdaget en praktisk katalysator for splitting av oksygenmolekyler fra og med 2010, men en katalysator sammensatt av karbon, jern og nitrogen hadde vist mest løfte.Den primære vanskeligheten med denne katalysatoren er at reaksjonshastigheten synker raskt over en kort periode.
Vann forårsaker også elektriske tap i en brenselcelle for protonbytte.Drivstoffcellen må forhindre at overflødig vann oversvømmer MEA, men lar nok vann forhindre at MEA tørker ut.Vannforvaltning i en protonutvekslingsmembranbrenselcelle er vanskelig, fordi vannet tiltrekkes av katodesiden av MEA.Elektro osmotiske pumper er en mulig løsning på dette problemet.