Πώς λειτουργούν οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου

Η ουσία της κυψέλης καυσίμου είναι η «αντίστροφη» συσκευή ηλεκτρόλυσης υδροηλεκτρισμού, η οποία αποτελείται κυρίως από τρία μέρη: άνοδο, κάθοδο και ηλεκτρολύτη.Η άνοδος είναι ηλεκτρόδιο υδρογόνου και η κάθοδος είναι ηλεκτρόδιο οξυγόνου.Γενικά, η άνοδος και η κάθοδος περιέχουν μια ορισμένη ποσότητα καταλύτη, ο οποίος χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση της ηλεκτροχημικής αντίδρασης που συμβαίνει στο ηλεκτρόδιο.Μεταξύ των πόλων υπάρχουν ηλεκτρολύτες.

Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την κυψέλη καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEMFC), η αρχή λειτουργίας της είναι η εξής:

(1) Το υδρογόνο φτάνει στην άνοδο μέσω του σωλήνα ή της πλάκας οδηγού αέρα.

(2) Κάτω από τη δράση του ανοδικού καταλύτη, ένα μόριο υδρογόνου διασπάται σε δύο πρωτόνια υδρογόνου και απελευθερώνονται δύο ηλεκτρόνια. Η ανοδική αντίδραση είναι η εξής:

H2â2H 2eã

(3) Στο άλλο άκρο της μπαταρίας, το οξυγόνο (ή ο αέρας) φτάνει στην κάθοδο μέσω του σωλήνα ή της πλάκας οδήγησης αέρα. Κάτω από τη δράση του καταλύτη καθόδου, τα μόρια οξυγόνου και τα ιόντα υδρογόνου αντιδρούν με τα ηλεκτρόνια να φτάνουν στην κάθοδο μέσω του εξωτερικού κυκλώματος για να σχηματίσουν νερό. Η αντίδραση καθόδου είναι: 1/2O2 2H 2E âH2O

Η συνολική χημική αντίδραση είναι H2 1/2O2 = H2O

Τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν συνεχές ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα.Έτσι, όσο υδρογόνο και οξυγόνο παρέχονται συνεχώς στην άνοδο και την κάθοδο της κυψέλης καυσίμου, η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να εξάγεται συνεχώς στο φορτίο του εξωτερικού κυκλώματος.