עקרון העבודה והיתרונות של ערימת תאי דלק מימן

תא דלקl הוא סוג של מכשיר להמרת אנרגיה, שיכול להמיר את האנרגיה האלקטרוכימית של דלק לאנרגיה חשמלית. זה נקרא תא דלק מכיוון שהוא מכשיר לייצור חשמל אלקטרוכימי יחד עם הסוללה. תא דלק המשתמש במימן כדלק הוא תא דלק מימן. ניתן להבין תא דלק מימן כתגובה של אלקטרוליזה של מים למימן וחמצן. תהליך התגובה של תא דלק מימן נקי ויעיל. תא דלק מימן אינו מוגבל על ידי היעילות התרמית של 42% של מחזור קרנו המשמש במנועי רכב מסורתיים, והיעילות יכולה להגיע ליותר מ-60%.

בניגוד לרקטות, תאי דלק מימן מייצרים אנרגיה קינטית באמצעות התגובה האלימה של שריפת מימן וחמצן, ומשחררים את האנרגיה החופשית של הגיב במימן באמצעות מכשירים קטליטיים. אנרגיה חופשית של גיבס היא אנרגיה אלקטרוכימית המערבת אנטרופיה ותיאוריות אחרות. עקרון העבודה של תא דלק מימן הוא שמימן מתפרק ליוני מימן (כלומר פרוטונים) ולאקטרונים דרך הזרז (פלטינה) באלקטרודה החיובית של התא. יוני מימן עוברים דרך קרום חילופי הפרוטונים אל האלקטרודה השלילית וחמצן מגיבים להפוך למים ולחום, והאלקטרונים המתאימים זורמים מהאלקטרודה החיובית אל האלקטרודה השלילית דרך המעגל החיצוני ליצירת אנרגיה חשמלית.

ב-מחסנית תאי דלק, מתבצעת התגובה של מימן וחמצן, ויש העברת מטען בתהליך, וכתוצאה מכך זרם. במקביל, מימן מגיב עם חמצן לייצור מים.
כמאגר תגובות כימיות, ליבת הטכנולוגיה המרכזית של ערימת תאי הדלק היא "ממברנת חילופי פרוטונים". שני הצדדים של הסרט קרובים לשכבת הזרז כדי לפרק את המימן ליונים טעונים. מכיוון שמולקולת המימן קטנה, האלקטרונים הנושאים מימן יכולים להיסחף לכיוון ההפוך דרך החורים הזעירים של הסרט. עם זאת, בתהליך של מעבר המימן נושא האלקטרונים דרך החורים של הסרט, האלקטרונים מופשטים מהמולקולות, ומשאירים רק את פרוטוני המימן הטעונים חיובית להגיע לקצה השני דרך הסרט.
פרוטוני מימןנמשכים לאלקטרודה בצד השני של הסרט ומתחברים עם מולקולות חמצן. לוחות האלקטרודה משני צידי הסרט מפצלים מימן ליוני מימן ואלקטרונים חיוביים, ומפצלים חמצן לאטומי חמצן כדי ללכוד אלקטרונים ולהפוך אותם ליוני חמצן (חשמל שלילי). אלקטרונים יוצרים זרם בין לוחות האלקטרודה, ושני יוני מימן ויון חמצן אחד מתאחדים ויוצרים מים, שהופכים ל"פסולת" היחידה בתהליך התגובה. למעשה, כל תהליך הפעולה הוא תהליך ייצור החשמל. עם התקדמות תגובת החמצון, אלקטרונים מועברים באופן רציף ליצירת הזרם הנדרש להנעת המכונית.