اصل کار و مزایای پشته پیل سوختی هیدروژنی

پیل سوختl نوعی دستگاه تبدیل انرژی است که می تواند انرژی الکتروشیمیایی سوخت را به انرژی الکتریکی تبدیل کند. این پیل سوختی نامیده می شود زیرا یک دستگاه تولید برق الکتروشیمیایی همراه با باتری است. پیل سوختی که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می کند، پیل سوختی هیدروژنی است. پیل سوختی هیدروژن را می توان به عنوان واکنش الکترولیز آب به هیدروژن و اکسیژن درک کرد. فرآیند واکنش پیل سوختی هیدروژنی تمیز و کارآمد است. پیل سوختی هیدروژنی با راندمان حرارتی 42 درصدی چرخه کارنو که در موتورهای سنتی خودرو استفاده می شود محدود نمی شود و راندمان می تواند به بیش از 60 درصد برسد.

برخلاف موشک‌ها، سلول‌های سوختی هیدروژنی انرژی جنبشی را از طریق واکنش شدید احتراق هیدروژن و اکسیژن تولید می‌کنند و انرژی آزاد گیبس را در هیدروژن از طریق دستگاه‌های کاتالیزوری آزاد می‌کنند. انرژی آزاد گیبس یک انرژی الکتروشیمیایی است که شامل آنتروپی و نظریه های دیگر است. اصل کار پیل سوختی هیدروژن این است که هیدروژن از طریق کاتالیزور (پلاتین) در الکترود مثبت سلول به یون های هیدروژن (یعنی پروتون ها) و الکترون ها تجزیه می شود. یون های هیدروژن از طریق غشای مبادله پروتون به الکترود منفی می گذرد و اکسیژن واکنش نشان می دهد تا به آب و گرما تبدیل شود و الکترون های مربوطه از طریق مدار خارجی از الکترود مثبت به الکترود منفی جریان می یابند تا انرژی الکتریکی تولید کنند.

درپشته پیل سوختی، واکنش هیدروژن و اکسیژن انجام می شود و در فرآیند انتقال بار وجود دارد و در نتیجه جریان ایجاد می شود. در همان زمان، هیدروژن با اکسیژن واکنش داده و آب تولید می کند.
به عنوان یک مخزن واکنش شیمیایی، هسته فناوری کلیدی پشته پیل سوختی "غشای تبادل پروتون" است. دو طرف فیلم به لایه کاتالیزور نزدیک هستند تا هیدروژن را به یون های باردار تجزیه کنند. از آنجایی که مولکول هیدروژن کوچک است، الکترون های حامل هیدروژن می توانند از طریق سوراخ های ریز فیلم به سمت مخالف حرکت کنند. با این حال، در فرآیند عبور الکترون های حامل هیدروژن از سوراخ های فیلم، الکترون ها از مولکول ها جدا می شوند و تنها پروتون های هیدروژن با بار مثبت باقی می مانند تا از طریق فیلم به انتهای دیگر برسند.
پروتون های هیدروژنبه الکترود طرف دیگر فیلم جذب می شوند و با مولکول های اکسیژن ترکیب می شوند. صفحات الکترود در دو طرف فیلم، هیدروژن را به یون های هیدروژن و الکترون های مثبت تقسیم می کنند و اکسیژن را به اتم های اکسیژن تقسیم می کنند تا الکترون ها را بگیرند و آنها را به یون های اکسیژن (الکتریسیته منفی) تبدیل کنند. الکترون‌ها جریانی را بین صفحات الکترود تشکیل می‌دهند و دو یون هیدروژن و یک یون اکسیژن با هم ترکیب می‌شوند و آب را تشکیل می‌دهند که تنها «ضایعات» در فرآیند واکنش می‌شود. در اصل، کل فرآیند عملیات، فرآیند تولید برق است. با پیشرفت واکنش اکسیداسیون، الکترون ها به طور پیوسته منتقل می شوند تا جریان مورد نیاز برای حرکت خودرو را تشکیل دهند.