Tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton là gì?

Một tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) là một pin nhiên liệu sử dụng hydro và oxy để giải phóng năng lượng điện.Đặc điểm phân biệt của nó là một màng điện phân được gọi là cụm điện cực màng (MEA) cho phép truyền các proton nhưng không phải là electron.Một pin nhiên liệu màng trao đổi proton có các ứng dụng tiềm năng vừa là pin nhiên liệu đứng yên và di động. Một mea có phía cực dương và phía catốt.Một dòng điện chảy vào phía cực dương và ra khỏi phía cực âm của nó.Một tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton cung cấp khí hydro đến phía cực dương s i, chia các nguyên tử hydro thành các electron và proton, một quá trình có thể được thể hiện bằng một phương trình: H2 - 2e- + 2H +.Các proton trong phản ứng này di chuyển qua MEA đến phía cực âm của nó và các electron chuyển sang phía cực âm qua một mạch bên ngoài.Sự kết hợp của các quá trình này tạo ra một dòng điện.Một tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton cũng cung cấp khí oxy cho phía Catốt MEA.Nếu các phân tử oxy diatomic (O2) có thể được chia thành các nguyên tử oxy, các proton truyền qua MEA có thể phản ứng với các nguyên tử oxy này để tạo thành các phân tử nước.Phản ứng này cũng có thể được thể hiện bằng một phương trình: O + 2H + + 2E- - H

2 O.

MEA phải đáp ứng một số tiêu chí để sản xuất điện.Nó có thể cho phép hydro hoặc khí oxy đi qua nó.MEA cũng phải có khả năng chống lại hiệu ứng oxy hóa ở phía anode và hiệu ứng giảm ở phía cực âm. Các chất xúc tác bạch kim có thể được sử dụng để phân chia các phân tử hydro một cách dễ dàng.Tách các phân tử oxy với chất xúc tác bạch kim, tuy nhiên, tạo ra tổn thất điện đáng kể.Một vấn đề bổ sung với các chất xúc tác bạch kim là một lượng rất nhỏ carbon dioxide sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của chúng.Các nhà khoa học đã không phát hiện ra một chất xúc tác thực tế để chia các phân tử oxy vào năm 2010, nhưng một chất xúc tác bao gồm carbon, sắt và nitơ đã cho thấy nhiều hứa hẹn nhất.Khó khăn chính với chất xúc tác này là tốc độ phản ứng của nó giảm nhanh trong một khoảng thời gian ngắn.Nước cũng gây mất điện trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton.Tế bào nhiên liệu phải ngăn nước thừa tràn vào MEA nhưng cho phép đủ nước để giữ cho MEA không bị khô.Quản lý nước trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton là khó khăn, bởi vì nước bị thu hút vào phía cực âm của MEA.Máy bơm thẩm thấu điện là một giải pháp khả thi cho vấn đề này.