Vandenilio kuro elementų kamino veikimo principas ir privalumai

Kuro cell yra energijos konvertavimo įtaisas, galintis paversti kuro elektrocheminę energiją į elektros energiją. Jis vadinamas kuro elementu, nes kartu su baterija yra elektrocheminis energijos generavimo įrenginys. Kuro elementas, kuris kaip kurą naudoja vandenilį, yra vandenilio kuro elementas. Vandenilio kuro elementas gali būti suprantamas kaip vandens elektrolizės reakcija į vandenilį ir deguonį. Vandenilio kuro elemento reakcijos procesas yra švarus ir efektyvus. Vandenilio kuro elementų neriboja 42% šiluminis Carnot ciklo efektyvumas, naudojamas tradiciniuose automobilių varikliuose, o efektyvumas gali siekti daugiau nei 60%.

Skirtingai nuo raketų, vandenilio kuro elementai generuoja kinetinę energiją per smarkią vandenilio ir deguonies degimo reakciją ir išskiria laisvą Gibbso energiją vandenilyje per katalizinius įtaisus. Gibso laisva energija yra elektrocheminė energija, susijusi su entropija ir kitomis teorijomis. Vandenilio kuro elemento veikimo principas yra tas, kad teigiamame elemento elektrode esantis katalizatorius (platina) vandenilis skaidomas į vandenilio jonus (ty protonus) ir elektronus. Vandenilio jonai pereina per protonų mainų membraną į neigiamą elektrodą, o deguonis reaguoja virsta vandeniu ir šiluma, o atitinkami elektronai teka iš teigiamo elektrodo į neigiamą elektrodą per išorinę grandinę, kad generuotų elektros energiją.

Įkuro elementų kamino, vyksta vandenilio ir deguonies reakcija, o procese vyksta krūvio perdavimas, todėl susidaro srovė. Tuo pačiu metu vandenilis reaguoja su deguonimi ir gamina vandenį.
Kaip cheminių reakcijų telkinys, pagrindinė kuro elementų kamino technologijos šerdis yra „protonų mainų membrana“. Dvi plėvelės pusės yra arti katalizatoriaus sluoksnio, kad vandenilis suskaidytų į įkrautus jonus. Kadangi vandenilio molekulė yra maža, vandenilį nešantys elektronai gali nukrypti į priešingą pusę per mažas plėvelės skylutes. Tačiau vandeniliui nešant elektronus, praeinančius pro plėvelės skylutes, elektronai pašalinami iš molekulių, todėl tik teigiamai įkrauti vandenilio protonai per plėvelę pasiekia kitą galą.
Vandenilio protonaiyra pritraukiami prie elektrodo kitoje plėvelės pusėje ir susijungia su deguonies molekulėmis. Abiejose plėvelės pusėse esančios elektrodų plokštės padalija vandenilį į teigiamus vandenilio jonus ir elektronus, o deguonį padalija į deguonies atomus, kad užfiksuotų elektronus ir paverstų juos deguonies jonais (neigiama elektra). Elektronai sudaro srovę tarp elektrodų plokščių, o du vandenilio jonai ir vienas deguonies jonas susijungia ir sudaro vandenį, kuris tampa vienintelėmis "atliekomis" reakcijos procese. Iš esmės visas veikimo procesas yra energijos gamybos procesas. Vykstant oksidacijos reakcijai, elektronai nuolat perduodami, kad susidarytų srovė, reikalinga automobiliui vairuoti.