Principio di funzionamento e vantaggi dello stack di celle a combustibile a idrogeno

Cella combustibilel è un tipo di dispositivo di conversione dell'energia, in grado di convertire l'energia elettrochimica del carburante in energia elettrica. Si chiama cella a combustibile perché è un dispositivo elettrochimico per la generazione di energia insieme alla batteria. Una cella a combustibile che utilizza l'idrogeno come combustibile è una cella a combustibile a idrogeno. La cella a combustibile a idrogeno può essere intesa come la reazione dell'elettrolisi dell'acqua in idrogeno e ossigeno. Il processo di reazione della cella a combustibile a idrogeno è pulito ed efficiente. La cella a combustibile a idrogeno non è limitata dall'efficienza termica del 42% del ciclo di Carnot utilizzato nei motori automobilistici tradizionali e l'efficienza può raggiungere oltre il 60%.

A differenza dei razzi, le celle a combustibile a idrogeno generano energia cinetica attraverso la violenta reazione della combustione di idrogeno e ossigeno e rilasciano l'energia libera di Gibbs nell'idrogeno attraverso dispositivi catalitici. L'energia libera di Gibbs è un'energia elettrochimica che coinvolge entropia e altre teorie. Il principio di funzionamento della cella a combustibile a idrogeno è che l'idrogeno viene decomposto in ioni idrogeno (cioè protoni) ed elettroni attraverso il catalizzatore (platino) nell'elettrodo positivo della cella. Gli ioni idrogeno passano attraverso la membrana a scambio protonico verso l'elettrodo negativo e l'ossigeno reagisce per diventare acqua e calore, e gli elettroni corrispondenti fluiscono dall'elettrodo positivo all'elettrodo negativo attraverso il circuito esterno per generare energia elettrica.

Nelpila di celle a combustibile, viene effettuata la reazione tra idrogeno e ossigeno e nel processo si verifica un trasferimento di carica, con conseguente corrente. Allo stesso tempo, l’idrogeno reagisce con l’ossigeno per produrre acqua.
In quanto pool di reazioni chimiche, il nucleo tecnologico chiave dello stack di celle a combustibile è la “membrana a scambio protonico”. I due lati della pellicola sono vicini allo strato catalitico per decomporre l'idrogeno in ioni carichi. Poiché la molecola di idrogeno è piccola, gli elettroni che trasportano l'idrogeno possono spostarsi nella direzione opposta attraverso i minuscoli fori della pellicola. Tuttavia, nel processo in cui gli elettroni che trasportano l'idrogeno passano attraverso i fori della pellicola, gli elettroni vengono strappati dalle molecole, lasciando solo i protoni di idrogeno caricati positivamente a raggiungere l'altra estremità attraverso la pellicola.
Protoni di idrogenovengono attratti dall'elettrodo sull'altro lato della pellicola e si combinano con le molecole di ossigeno. Le piastre degli elettrodi su entrambi i lati della pellicola dividono l'idrogeno in ioni idrogeno positivi ed elettroni e dividono l'ossigeno in atomi di ossigeno per catturare gli elettroni e trasformarli in ioni di ossigeno (elettricità negativa). Gli elettroni formano una corrente tra le piastre degli elettrodi e due ioni di idrogeno e uno di ossigeno si combinano per formare acqua, che diventa l'unico "rifiuto" nel processo di reazione. In sostanza, l'intero processo operativo è il processo di generazione di energia. Con il progredire della reazione di ossidazione, gli elettroni vengono continuamente trasferiti per formare la corrente necessaria per far funzionare l'auto.