Топливный элементЭто своего рода устройство преобразования энергии, которое может преобразовывать электрохимическую энергию топлива в электрическую энергию. Его называют топливным элементом, потому что он представляет собой электрохимическое устройство, вырабатывающее энергию вместе с батареей. Топливный элемент, в котором в качестве топлива используется водород, называется водородным топливным элементом. Водородный топливный элемент можно понимать как реакцию электролиза воды на водород и кислород. Процесс реакции водородного топливного элемента является чистым и эффективным. Водородный топливный элемент не ограничен 42%-ным тепловым КПД цикла Карно, используемого в традиционном автомобильном двигателе, и эффективность может достигать более 60%.
В отличие от ракет, водородные топливные элементы генерируют кинетическую энергию посредством бурной реакции горения водорода и кислорода и высвобождают свободную энергию Гиббса в водороде через каталитические устройства. Свободная энергия Гиббса — это электрохимическая энергия, включающая энтропию и другие теории. Принцип работы водородного топливного элемента заключается в том, что водород разлагается на ионы водорода (т.е. протоны) и электроны через катализатор (платину) в положительном электроде элемента. Ионы водорода проходят через протонообменную мембрану к отрицательному электроду, а кислород вступает в реакцию с образованием воды и тепла, а соответствующие электроны перетекают от положительного электрода к отрицательному электроду через внешнюю цепь для выработки электрической энергии.
Встопка топливных элементов, осуществляется реакция водорода и кислорода, при этом происходит перенос заряда, в результате чего возникает ток. В то же время водород реагирует с кислородом с образованием воды.
В качестве пула химических реакций ключевым технологическим ядром батареи топливных элементов является «протонообменная мембрана». Две стороны пленки располагаются близко к слою катализатора, что позволяет разложить водород на заряженные ионы. Поскольку молекула водорода мала, электроны, несущие водород, могут дрейфовать в противоположном направлении через крошечные отверстия пленки. Однако в процессе прохождения электронов водорода через отверстия пленки электроны отрываются от молекул, и только положительно заряженные протоны водорода достигают другого конца пленки.
Протоны водородапритягиваются к электроду на другой стороне пленки и соединяются с молекулами кислорода. Электродные пластины по обе стороны пленки расщепляют водород на положительные ионы водорода и электроны, а кислород расщепляют на атомы кислорода, захватывая электроны и превращая их в ионы кислорода (отрицательное электричество). Электроны образуют ток между пластинами электрода, а два иона водорода и один ион кислорода объединяются, образуя воду, которая становится единственным «отходом» в процессе реакции. По сути, весь рабочий процесс представляет собой процесс выработки электроэнергии. По мере развития реакции окисления электроны непрерывно передаются, образуя ток, необходимый для движения автомобиля.
Время публикации: 12 февраля 2022 г.