Načelo delovanja in prednosti sklopa vodikovih gorivnih celic

Gorivna celical je nekakšna naprava za pretvorbo energije, ki lahko pretvori elektrokemično energijo goriva v električno energijo. Imenuje se gorivna celica, ker je elektrokemična naprava za proizvodnjo energije skupaj z baterijo. Gorivna celica, ki kot gorivo uporablja vodik, je vodikova gorivna celica. Vodikove gorivne celice lahko razumemo kot reakcijo elektrolize vode v vodik in kisik. Reakcijski proces vodikove gorivne celice je čist in učinkovit. Vodikova gorivna celica ni omejena z 42-odstotno toplotno učinkovitostjo Carnotovega cikla, ki se uporablja v tradicionalnih avtomobilskih motorjih, učinkovitost pa lahko doseže več kot 60-odstotno.

Za razliko od raket, vodikove gorivne celice ustvarjajo kinetično energijo z burno reakcijo zgorevanja vodika in kisika ter sproščajo Gibbsovo prosto energijo v vodiku prek katalitičnih naprav. Gibbsova prosta energija je elektrokemična energija, ki vključuje entropijo in druge teorije. Načelo delovanja vodikove gorivne celice je, da se vodik prek katalizatorja (platine) v pozitivni elektrodi celice razgradi na vodikove ione (tj. protone) in elektrone. Vodikovi ioni prehajajo skozi membrano za izmenjavo protonov do negativne elektrode in kisik reagira v vodo in toploto, ustrezni elektroni pa tečejo od pozitivne elektrode k negativni elektrodi skozi zunanji tokokrog, da ustvarijo električno energijo.

Vsklop gorivnih celic, poteka reakcija vodika in kisika, pri tem pa pride do prenosa naboja, kar ima za posledico tok. Istočasno vodik reagira s kisikom, da nastane voda.
Kot zbiralnik kemičnih reakcij je ključno tehnološko jedro sklada gorivnih celic »membrana za izmenjavo protonov«. Obe strani filma sta blizu plasti katalizatorja, da razgradi vodik v nabite ione. Ker je molekula vodika majhna, se lahko elektroni, ki prenašajo vodik, premaknejo v nasprotno stran skozi drobne luknje v filmu. Vendar pa se v procesu, ko elektroni, ki prenašajo vodik, prehajajo skozi luknje v filmu, elektroni odstranijo iz molekul, tako da ostanejo samo pozitivno nabiti vodikovi protoni, da dosežejo drugi konec skozi film.
Vodikovi protonipritegnejo elektrodo na drugi strani filma in se združijo z molekulami kisika. Elektrodne plošče na obeh straneh filma razdelijo vodik na pozitivne vodikove ione in elektrone ter razdelijo kisik na atome kisika, da zajamejo elektrone in jih spremenijo v kisikove ione (negativna elektrika). Elektroni tvorijo tok med elektrodnima ploščama, dva vodikova iona in en kisikov ion pa se združita v vodo, ki postane edini »odpadek« v reakcijskem procesu. V bistvu je celoten proces delovanja proces proizvodnje električne energije. Z napredovanjem oksidacijske reakcije se elektroni nenehno prenašajo, da tvorijo tok, potreben za vožnjo avtomobila.