Principe de fonctionnement et avantages de la pile à combustible à hydrogène

Pile à combustiblel est une sorte de dispositif de conversion d'énergie, qui peut convertir l'énergie électrochimique du carburant en énergie électrique. On l'appelle pile à combustible car il s'agit d'un dispositif de production d'énergie électrochimique associé à la batterie. Une pile à combustible qui utilise de l'hydrogène comme combustible est une pile à combustible à hydrogène. La pile à combustible à hydrogène peut être comprise comme la réaction de l’électrolyse de l’eau en hydrogène et oxygène. Le processus de réaction de la pile à combustible à hydrogène est propre et efficace. La pile à combustible à hydrogène n'est pas limitée par l'efficacité thermique de 42 % du cycle Carnot utilisé dans les moteurs automobiles traditionnels, et l'efficacité peut atteindre plus de 60 %.

Contrairement aux fusées, les piles à combustible à hydrogène génèrent de l'énergie cinétique grâce à la réaction violente de la combustion de l'hydrogène et de l'oxygène, et libèrent l'énergie libre de Gibbs contenue dans l'hydrogène via des dispositifs catalytiques. L'énergie libre de Gibbs est une énergie électrochimique impliquant l'entropie et d'autres théories. Le principe de fonctionnement de la pile à combustible à hydrogène est que l'hydrogène est décomposé en ions hydrogène (c'est-à-dire en protons) et en électrons via le catalyseur (platine) situé dans l'électrode positive de la pile. Les ions hydrogène traversent la membrane échangeuse de protons jusqu'à l'électrode négative et l'oxygène réagit pour devenir de l'eau et de la chaleur, et les électrons correspondants circulent de l'électrode positive à l'électrode négative à travers le circuit externe pour générer de l'énergie électrique.

Dans lepile à combustible, la réaction de l'hydrogène et de l'oxygène est effectuée et il y a un transfert de charge dans le processus, ce qui entraîne un courant. Dans le même temps, l’hydrogène réagit avec l’oxygène pour produire de l’eau.
En tant que pool de réaction chimique, le cœur technologique clé de la pile à combustible est la « membrane échangeuse de protons ». Les deux côtés du film sont proches de la couche de catalyseur pour décomposer l'hydrogène en ions chargés. Parce que la molécule d’hydrogène est petite, les électrons porteurs d’hydrogène peuvent dériver vers l’opposé à travers les minuscules trous du film. Cependant, lors du passage des électrons porteurs d'hydrogène à travers les trous du film, les électrons sont arrachés aux molécules, ne laissant que les protons d'hydrogène chargés positivement atteindre l'autre extrémité à travers le film.
Protons d'hydrogènesont attirés par l'électrode de l'autre côté du film et se combinent avec les molécules d'oxygène. Les plaques d'électrode des deux côtés du film divisent l'hydrogène en ions hydrogène positifs et en électrons, et divisent l'oxygène en atomes d'oxygène pour capturer les électrons et les transformer en ions oxygène (électricité négative). Les électrons forment un courant entre les plaques d’électrodes, et deux ions hydrogène et un ion oxygène se combinent pour former de l’eau, qui devient le seul « déchet » du processus de réaction. Essentiellement, l’ensemble du processus d’exploitation est le processus de production d’électricité. Au fur et à mesure de la progression de la réaction d’oxydation, les électrons sont continuellement transférés pour former le courant nécessaire à la conduite de la voiture.