Polttoaine cell on eräänlainen energian muunnoslaite, joka voi muuntaa polttoaineen sähkökemiallisen energian sähköenergiaksi. Sitä kutsutaan polttokennoksi, koska se on sähkökemiallinen tehontuotantolaite yhdessä akun kanssa. Polttokenno, joka käyttää vetyä polttoaineena, on vetypolttokenno. Vetypolttokenno voidaan ymmärtää veden elektrolyysin reaktiona vedyksi ja hapeksi. Vetypolttokennon reaktioprosessi on puhdas ja tehokas. Vetypolttokennoa ei rajoita perinteisessä automoottorissa käytetyn Carnot-syklin 42 % lämpöhyötysuhde, ja hyötysuhde voi nousta yli 60 %:iin.
Toisin kuin raketit, vetypolttokennot tuottavat kineettistä energiaa vedyn ja hapen palamisen rajussa reaktiossa ja vapauttavat Gibbsin vapaata energiaa vedyssä katalyyttisten laitteiden kautta. Gibbsin vapaa energia on sähkökemiallista energiaa, johon liittyy entropiaa ja muita teorioita. Vetypolttokennon toimintaperiaate on, että vety hajoaa vetyioneiksi (eli protoneiksi) ja elektroneiksi kennon positiivisessa elektrodissa olevan katalyytin (Platina) kautta. Vetyionit kulkevat protoninvaihtokalvon läpi negatiiviselle elektrodille ja happi reagoi muuttuen vedeksi ja lämmöksi, ja vastaavat elektronit virtaavat positiiviselta elektrodilta negatiiviselle elektrodille ulkoisen piirin kautta sähköenergian tuottamiseksi.
Vuonnapolttokennopino, vedyn ja hapen reaktio suoritetaan, ja prosessissa tapahtuu varauksen siirtoa, mikä johtaa virtaan. Samaan aikaan vety reagoi hapen kanssa muodostaen vettä.
Kemiallisena reaktiopoolina polttokennopinon avainteknologiaydin on "protoninvaihtokalvo". Kalvon kaksi puolta ovat lähellä katalyyttikerrosta vedyn hajottamiseksi varautuneiksi ioneiksi. Koska vetymolekyyli on pieni, vetyä kuljettavat elektronit voivat ajautua vastakkaiseen suuntaan kalvon pienten reikien läpi. Kuitenkin prosessissa, jossa vetyä kuljettavat elektronit kulkevat kalvon reikien läpi, elektronit irrotetaan molekyyleistä, jolloin vain positiivisesti varautuneet vetyprotonit pääsevät kalvon toiseen päähän.
Vetyprotonitne vetäytyvät kalvon toisella puolella olevaan elektrodiin ja yhdistyvät happimolekyyleihin. Kalvon molemmilla puolilla olevat elektrodilevyt jakavat vedyn positiivisiksi vetyioneiksi ja elektroneiksi ja jakavat hapen happiatomeiksi vangitakseen elektroneja ja muuttaakseen ne happiioneiksi (negatiivinen sähkö). Elektronit muodostavat virran elektrodilevyjen väliin, ja kaksi vety-ionia ja yksi happi-ioni yhdistyvät muodostaen vettä, josta tulee ainoa "jäte" reaktioprosessissa. Pohjimmiltaan koko toimintaprosessi on sähköntuotantoprosessi. Hapetusreaktion edetessä elektroneja siirretään jatkuvasti muodostaen auton ajamiseen tarvittavan virran.
Postitusaika: 12.2.2022