Kütuse cell on omamoodi energia muundamise seade, mis suudab kütuse elektrokeemilise energia elektrienergiaks muuta. Seda nimetatakse kütuseelemendiks, kuna see on koos akuga elektrokeemiline energiatootmisseade. Kütuseelement, mis kasutab kütusena vesinikku, on vesinikkütuseelement. Vesinikkütuseelementi võib mõista kui vee elektrolüüsi reaktsiooni vesinikuks ja hapnikuks. Vesinikkütuseelemendi reaktsiooniprotsess on puhas ja tõhus. Vesinikkütuseelementi ei piira traditsioonilises automootoris kasutatava Carnot' tsükli 42% soojuslik efektiivsus ja kasutegur võib ulatuda üle 60%.
Erinevalt rakettidest genereerivad vesinikkütuseelemendid kineetilist energiat vesiniku ja hapniku põlemise ägedal reaktsioonil ning vabastavad Gibbsi vaba energia vesinikus katalüütiliste seadmete kaudu. Gibbsi vaba energia on elektrokeemiline energia, mis hõlmab entroopiat ja muid teooriaid. Vesinikkütuseelemendi tööpõhimõte seisneb selles, et vesinik laguneb elemendi positiivses elektroodis oleva katalüsaatori (Platinum) kaudu vesinikioonideks (st prootoniteks) ja elektronideks. Vesinikuioonid läbivad prootonivahetusmembraani negatiivsele elektroodile ja hapnik reageerib veeks ja soojuseks ning vastavad elektronid voolavad positiivselt elektroodilt negatiivsele elektroodile läbi välise vooluringi, et genereerida elektrienergiat.
Aastalkütuseelementide virn, toimub vesiniku ja hapniku reaktsioon ning protsessis toimub laengu ülekanne, mille tulemuseks on vool. Samal ajal reageerib vesinik hapnikuga, moodustades vett.
Keemiliste reaktsioonide kogumina on kütuseelementide korstna põhitehnoloogia tuumaks "prootonivahetusmembraan". Kile kaks külge on katalüsaatorikihi lähedal, et vesinik lagundada laetud ioonideks. Kuna vesiniku molekul on väike, võivad vesinikku kandvad elektronid kile pisikeste aukude kaudu triivida vastassuunas. Kuid vesinikku kandvate elektronide protsessis, mis läbivad kile auke, eemaldatakse elektronid molekulidest, jättes ainult positiivselt laetud vesiniku prootonid jõudma läbi kile teise otsa.
Vesiniku prootonidtõmbuvad kile teisel poolel oleva elektroodi poole ja ühinevad hapnikumolekulidega. Kile mõlemal küljel asuvad elektroodplaadid jagavad vesiniku positiivseteks vesinikioonideks ja elektronideks ning jagavad hapniku hapnikuaatomiteks, et püüda elektrone ja muuta need hapnikuioonideks (negatiivne elekter). Elektronid moodustavad elektroodiplaatide vahel voolu ning kaks vesinikiooni ja üks hapnikuioon ühinevad veeks, mis muutub reaktsiooniprotsessis ainsaks "jäätmeteks". Sisuliselt on kogu tööprotsess elektritootmise protsess. Oksüdatsioonireaktsiooni edenedes kantakse elektrone pidevalt üle, et moodustada auto juhtimiseks vajalik vool.
Postitusaeg: 12.02.2022