Kanuni ya kufanya kazi na faida za safu ya seli ya mafuta ya hidrojeni

Seli ya mafutal ni aina ya kifaa cha kubadilisha nishati, ambacho kinaweza kubadilisha nishati ya elektrokemikali ya mafuta kuwa nishati ya umeme. Inaitwa seli ya mafuta kwa sababu ni kifaa cha kuzalisha nguvu za kielektroniki pamoja na betri. Seli ya mafuta ambayo hutumia hidrojeni kama mafuta ni seli ya mafuta ya hidrojeni. Seli ya mafuta ya hidrojeni inaweza kueleweka kama mmenyuko wa electrolysis ya maji ndani ya hidrojeni na oksijeni. Mchakato wa mmenyuko wa seli ya mafuta ya hidrojeni ni safi na yenye ufanisi. Seli ya mafuta ya hidrojeni haizuiliwi na ufanisi wa joto wa 42% wa mzunguko wa Carnot unaotumiwa katika injini ya jadi ya gari, na ufanisi unaweza kufikia zaidi ya 60%.

Tofauti na roketi, seli za mafuta ya hidrojeni huzalisha nishati ya kinetiki kupitia mmenyuko mkali wa mwako wa hidrojeni na oksijeni, na kutoa nishati ya bure ya Gibbs katika hidrojeni kupitia vifaa vya kichocheo. Nishati ya bure ya Gibbs ni nishati ya kielektroniki inayohusisha entropy na nadharia zingine. Kanuni ya kazi ya seli ya mafuta ya hidrojeni ni kwamba hidrojeni hutenganishwa kuwa ioni za hidrojeni (yaani protoni) na elektroni kupitia kichocheo (Platinum) katika elektrodi chanya ya seli. Ioni za hidrojeni hupitia utando wa kubadilishana protoni hadi kwa elektrodi hasi na oksijeni huguswa na kuwa maji na joto, na elektroni zinazolingana hutiririka kutoka kwa elektrodi chanya hadi kwa elektrodi hasi kupitia saketi ya nje ili kutoa nishati ya umeme.

Katikamkusanyiko wa seli za mafuta, mmenyuko wa hidrojeni na oksijeni hufanyika, na kuna uhamisho wa malipo katika mchakato, unaosababisha sasa. Wakati huo huo, hidrojeni humenyuka pamoja na oksijeni kutoa maji.
Kama kidimbwi cha athari ya kemikali, msingi mkuu wa teknolojia ya rundo la seli za mafuta ni "membrane ya kubadilishana ya protoni". Pande mbili za filamu ziko karibu na safu ya kichocheo cha kuoza hidrojeni kwenye ioni za kushtakiwa. Kwa sababu molekuli ya hidrojeni ni ndogo, elektroni zinazobeba hidrojeni zinaweza kupeperushwa kwenda kinyume kupitia matundu madogo ya filamu. Hata hivyo, katika mchakato wa kubeba hidrojeni elektroni kupita kwenye mashimo ya filamu, elektroni hutolewa kutoka kwa molekuli, na kuacha tu protoni za hidrojeni zilizo na chaji chanya kufikia mwisho mwingine kupitia filamu.
Protoni za hidrojenihuvutiwa na electrode upande wa pili wa filamu na kuchanganya na molekuli za oksijeni. Sahani za elektrodi kwenye pande zote za filamu ziligawanya hidrojeni na ioni chanya za hidrojeni na elektroni, na kugawanya oksijeni katika atomi za oksijeni ili kunasa elektroni na kuzigeuza kuwa ioni za oksijeni (umeme hasi). Elektroni huunda mkondo kati ya sahani za elektroni, na ioni mbili za hidrojeni na ioni moja ya oksijeni huchanganyika na kuunda maji, ambayo inakuwa "taka" pekee katika mchakato wa majibu. Kwa asili, mchakato mzima wa operesheni ni mchakato wa uzalishaji wa nguvu. Pamoja na maendeleo ya mmenyuko wa oksidi, elektroni huhamishwa mara kwa mara ili kuunda sasa inayohitajika kuendesha gari.