Μεμβράνες ανταλλαγής πρωτονίων για κυψέλες καυσίμου

1.1 μια επισκόπηση του

Το πρόβλημα της έλλειψης ενέργειας γίνεται όλο και πιο σοβαρό παγκοσμίως.Για τα παραδοσιακά ορυκτά καύσιμα δεν είναι ανανεώσιμα και η χρήση της διαδικασίας προκάλεσε σοβαρή περιβαλλοντική ρύπανση.Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος της μετατροπής ενέργειας επιτυγχάνεται με τη διαδικασία της θερμικής μηχανής, η οποία είναι αναποτελεσματική.Τα τελευταία 30 χρόνια, τα ορυκτά καύσιμα έχουν μειωθεί και η ζήτηση για καθαρή ενέργεια έχει αυξηθεί.Είναι ένα σοβαρό καθήκον που αντιμετωπίζει ο άνθρωπος στον 21ο αιώνα να αναζητήσει μια φιλική προς το περιβάλλον ανανεώσιμη ενέργεια.Ως εκ τούτου, ενόψει των προαναφερθέντων προβλημάτων που προκαλούνται από την παραδοσιακή ενέργεια, η έρευνα για τη βελτίωση της απόδοσης της μετατροπής ενέργειας και την αναζήτηση καθαρής νέας ενέργειας ήταν ολοένα και πιο εκτεταμένη.

Η κυψέλη καυσίμου είναι ένας νέος τύπος ενεργειακής τεχνολογίας, που μετατρέπει άμεσα τη χημική ενέργεια του Καυσίμου σε ηλεκτρική μέσω ηλεκτροχημικής αντίδρασης.Επιπλέον, δεν περιορίζεται από γεωγραφικές και γεωγραφικές συνθήκες.Τα τελευταία χρόνια, οι κυψέλες καυσίμου έχουν αναπτυχθεί γρήγορα και έχουν εφαρμοστεί σε διάφορους τομείς.

1.2 Κυψέλες καυσίμου

Οι κυψέλες καυσίμου δεν περιορίζονται από τον κύκλο Carnot και έχουν υψηλό θεωρητικό ρυθμό μετατροπής ενέργειας (80% απόδοση κάτω από 200°C). Στην πράξη, η απόδοση είναι δύο έως τρεις φορές μεγαλύτερη από αυτή των συνηθισμένων κινητήρων εσωτερικής καύσης. Το καύσιμο που χρησιμοποιείται είναι υδρογόνο, μεθανόλη, υδρογονάνθρακες και άλλες πλούσιες σε υδρογόνο ουσίες, το οποίο είναι φιλικό προς το περιβάλλον.Επομένως, οι κυψέλες καυσίμου έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής.Εισάγονται συγκεκριμένα οι ακόλουθες τρεις πτυχές από τη σύνθεση, την ταξινόμηση και τα χαρακτηριστικά των κυψελών καυσίμου:

1.2.1 Σύνθεση κυψελών καυσίμου

Η κυψέλη καυσίμου είναι ουσιαστικά μια αντίστροφη συσκευή για ηλεκτρόλυση νερού.Σε μια κυψέλη καυσίμου, το υδρογόνο και το οξυγόνο αντιδρούν χημικά για να σχηματίσουν νερό και να απελευθερώσουν ηλεκτρισμό.Η βασική δομή της κυψέλης καυσίμου αποτελείται από άνοδο, κάθοδο και ηλεκτρολύτη.Συνήθως, η άνοδος και η κάθοδος περιέχουν μια ορισμένη ποσότητα καταλύτη για να επιταχύνουν την ηλεκτροχημική αντίδραση στο ηλεκτρόδιο.Μεταξύ των δύο πόλων υπάρχουν ηλεκτρολύτες, οι οποίοι μπορούν να χωριστούν σε πέντε τύπους: βασικοί, φωσφορικοί, στερεοί οξείδιο, λιωμένο ανθρακικό και μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων.Πάρτε για παράδειγμα μια κυψέλη καυσίμου H/O (Εικόνα 1-1): Το H εισέρχεται στο τμήμα ανόδου της κυψέλης καυσίμου και το στρώμα πλατίνας στην άνοδο μετατρέπει το υδρογόνο σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια.Ο ενδιάμεσος ηλεκτρολύτης επιτρέπει μόνο στα πρωτόνια να περάσουν στο τμήμα της καθόδου της κυψέλης καυσίμου.Τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω του εξωτερικού κυκλώματος προς την κάθοδο για να σχηματίσουν ρεύμα.Το οξυγόνο εισέρχεται στην κάθοδο της κυψέλης καυσίμου και συνδυάζεται με πρωτόνια και ηλεκτρόνια για να σχηματίσει νερό.