Vad är en protonbytesmembranbränslecell?

En protonbytesmembranbränslecell (PEMFC) är en bränslecell som använder väte och syre för att befria elektrisk energi.Dess utmärkande funktion är ett elektrolytmembran som kallas en membranelektrodmontering (MEA) som möjliggör passage av protoner men inte elektroner.En protonbytesmembranbränslecell har potentiella applikationer som både en stationär och bärbar bränslecell.

En MEA har en anodsida och en katodsida.En elektrisk ström flyter in på mätanodsidan och ut ur katodsidan.En protonbytesmembranbränslecell levererar vätgas till mätanodsidan, som delar väteatomerna i elektroner och protoner, en process som kan visas med en ekvation: H2 - 2E- + 2H +.Protonerna i denna reaktion reser genom MEA till dess katodsida, och elektronerna passerar till mätkatodsidan genom en extern krets.Kombinationen av dessa processer skapar en elektrisk ström.

En protonbytesmembranbränslecell levererar också syrgas till MEA: s katodsida.Om molekylerna av diatomiskt syre (O2) kan delas upp i syreatomer, kan protonerna som rör sig genom MEA reagera med dessa syreatomer för att bilda molekyler av vatten.Denna reaktion kan också visas med en ekvation: O + 2H + + 2E- - H ₂ O.

MEA måste uppfylla flera kriterier för att producera el.Det kan inte tillåta väte- eller syregas att resa genom den.MEA måste också kunna motstå den oxidativa effekten på anodsidan och den reducerande effekten på katodsidan.

Platinakatalysatorer kan användas för att dela vätemolekyler med relativ enkelhet.Dela syremolekyler med platinakatalysatorer ger emellertid betydande elektriska förluster.Ett ytterligare problem med platinakatalysatorer är att en mycket liten mängd koldioxid avsevärt kommer att försämra deras prestanda.Forskare hade inte upptäckt en praktisk katalysator för att dela syremolekyler från och med 2010, men en katalysator som består av kol, järn och kväve hade visat det mest löfte.Den primära svårigheten med denna katalysator är att reaktionshastigheten sjunker snabbt under en kort tid.

Vatten orsakar också elektriska förluster i en protonbytesmembranbränslecell.Bränslecellen måste förhindra överflödigt vatten från att översvämma MEA men tillåta tillräckligt med vatten för att förhindra att MEA torkar ut.Vattenhantering i en protonbytesmembranbränslecell är svårt, eftersom vattnet lockas till katodens sida av MEA.Elektro osmotiska pumpar är en möjlig lösning på detta problem.