เซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนคืออะไร?

เซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEMFC) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อปลดปล่อยพลังงานไฟฟ้าคุณสมบัติที่แตกต่างของมันคือเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ที่เรียกว่าชุดเมมเบรนอิเล็กโทรด (MEA) ที่อนุญาตให้ผ่านโปรตอน แต่ไม่ใช่อิเล็กตรอนเซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนมีการใช้งานที่มีศักยภาพทั้งเซลล์เชื้อเพลิงที่อยู่กับที่และแบบพกพา

MEA มีด้านขั้วบวกและด้านแคโทดกระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่ด้านขั้วบวกและออกจากด้านแคโทดเซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนส่งก๊าซไฮโดรเจนไปยังด้านขั้วบวกซึ่งแยกอะตอมไฮโดรเจนออกเป็นอิเล็กตรอนและโปรตอนซึ่งเป็นกระบวนการที่สามารถแสดงได้โดยสมการ: H2 - 2E- + 2H +โปรตอนในปฏิกิริยานี้จะเดินทางผ่าน MEA ไปยังด้านแคโทดและอิเล็กตรอนผ่านไปยังด้านข้างของแคโทดผ่านวงจรภายนอกการรวมกันของกระบวนการเหล่านี้สร้างกระแสไฟฟ้า

เซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนยังให้ก๊าซออกซิเจนไปยังฝั่งแคโทดของ MEAหากโมเลกุลของออกซิเจนไดอะตอม (O2) สามารถแบ่งออกเป็นอะตอมออกซิเจนโปรตอนที่เดินทางผ่าน MEA สามารถทำปฏิกิริยากับอะตอมออกซิเจนเหล่านี้เพื่อสร้างโมเลกุลของน้ำปฏิกิริยานี้ยังสามารถแสดงได้ด้วยสมการ: O + 2H + + 2E- - H ₂ O.

MEA ต้องเป็นไปตามเกณฑ์หลายประการเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าไม่สามารถอนุญาตให้ก๊าซไฮโดรเจนหรือออกซิเจนเดินทางผ่านได้MEA จะต้องสามารถต้านทานผลกระทบออกซิเดชันที่ด้านขั้วบวกและผลการลดลงที่ด้านแคโทด

ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมสามารถใช้ในการแยกโมเลกุลไฮโดรเจนได้อย่างง่ายดายอย่างไรก็ตามการแยกโมเลกุลออกซิเจนกับตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมทำให้เกิดการสูญเสียไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญปัญหาเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมคือคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนน้อยมากจะลดประสิทธิภาพลงอย่างมากนักวิทยาศาสตร์ไม่ได้ค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้งานได้จริงสำหรับการแยกโมเลกุลออกซิเจนในปี 2010 แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ประกอบด้วยคาร์บอนเหล็กและไนโตรเจนแสดงให้เห็นถึงสัญญามากที่สุดปัญหาหลักของตัวเร่งปฏิกิริยานี้คืออัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลงอย่างรวดเร็วในช่วงเวลาสั้น ๆ

น้ำยังทำให้เกิดการสูญเสียไฟฟ้าในเซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนเซลล์เชื้อเพลิงจะต้องป้องกันไม่ให้น้ำส่วนเกินท่วม MEA แต่ให้น้ำเพียงพอที่จะป้องกันไม่ให้มีการอบแห้งการจัดการน้ำในเซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนเป็นเรื่องยากเพราะน้ำถูกดึงดูดไปยังด้านแคโทดของ MEAปั๊มไฟฟ้าออสโมติกเป็นวิธีหนึ่งที่เป็นไปได้สำหรับปัญหานี้