หลักการทำงานและข้อดีของกองเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน

เซลล์เชื้อเพลิงl เป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานชนิดหนึ่งซึ่งสามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเคมีของเชื้อเพลิงเป็นพลังงานไฟฟ้า เรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิงเพราะเป็นอุปกรณ์สร้างพลังงานไฟฟ้าเคมีร่วมกับแบตเตอรี่ เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงคือเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นปฏิกิริยาของอิเล็กโทรไลซิสของน้ำเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน กระบวนการทำปฏิกิริยาของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนนั้นสะอาดและมีประสิทธิภาพ เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนไม่ได้ถูกจำกัดด้วยประสิทธิภาพเชิงความร้อน 42% ของวงจร Carnot ที่ใช้ในเครื่องยนต์รถยนต์แบบดั้งเดิม และประสิทธิภาพสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 60%

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนต่างจากจรวดตรงที่สร้างพลังงานจลน์ผ่านปฏิกิริยารุนแรงของการเผาไหม้ของไฮโดรเจนและออกซิเจน และปล่อยพลังงานอิสระกิ๊บส์ในไฮโดรเจนผ่านอุปกรณ์ตัวเร่งปฏิกิริยา พลังงานปลอดกิ๊บส์เป็นพลังงานเคมีไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับเอนโทรปีและทฤษฎีอื่นๆ หลักการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือ ไฮโดรเจนจะสลายตัวเป็นไอออนไฮโดรเจน (เช่น โปรตอน) และอิเล็กตรอนผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา (แพลตตินัม) ในขั้วไฟฟ้าบวกของเซลล์ ไอออนไฮโดรเจนผ่านเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนไปยังอิเล็กโทรดลบ และออกซิเจนจะทำปฏิกิริยาจนกลายเป็นน้ำและความร้อน และอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องจะไหลจากอิเล็กโทรดบวกไปยังอิเล็กโทรดลบผ่านวงจรภายนอกเพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้า

ในกองเซลล์เชื้อเพลิงปฏิกิริยาของไฮโดรเจนและออกซิเจนเกิดขึ้น และเกิดการถ่ายโอนประจุในกระบวนการ ส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อผลิตน้ำ
ในฐานะที่เป็นกลุ่มปฏิกิริยาเคมี แกนเทคโนโลยีหลักของสแต็กเซลล์เชื้อเพลิงคือ "เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน" ฟิล์มทั้งสองด้านอยู่ใกล้กับชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อสลายไฮโดรเจนให้เป็นไอออนที่มีประจุ เนื่องจากโมเลกุลของไฮโดรเจนมีขนาดเล็ก อิเล็กตรอนที่พาไฮโดรเจนจึงสามารถลอยไปทางตรงข้ามผ่านรูเล็กๆ ของฟิล์มได้ อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการที่ไฮโดรเจนพาอิเล็กตรอนผ่านรูของฟิล์ม อิเล็กตรอนจะถูกดึงออกจากโมเลกุล เหลือเพียงโปรตอนไฮโดรเจนที่มีประจุบวกเท่านั้นที่จะไปถึงปลายอีกด้านหนึ่งผ่านฟิล์ม
ไฮโดรเจนโปรตอนถูกดึงดูดไปที่อิเล็กโทรดที่อยู่อีกด้านหนึ่งของฟิล์มและรวมกับโมเลกุลออกซิเจน แผ่นอิเล็กโทรดทั้งสองด้านของฟิล์มแยกไฮโดรเจนออกเป็นไอออนไฮโดรเจนและอิเล็กตรอนบวก และแยกออกซิเจนออกเป็นอะตอมออกซิเจนเพื่อจับอิเล็กตรอนและเปลี่ยนให้เป็นไอออนออกซิเจน (ไฟฟ้าลบ) อิเล็กตรอนสร้างกระแสระหว่างแผ่นอิเล็กโทรด และไฮโดรเจนไอออน 2 ไอออนและออกซิเจน 1 ไอออนรวมกันจนเกิดเป็นน้ำ ซึ่งกลายเป็น "ของเสีย" เพียงอย่างเดียวในกระบวนการทำปฏิกิริยา โดยพื้นฐานแล้วกระบวนการดำเนินงานทั้งหมดคือกระบวนการผลิตไฟฟ้า ด้วยความก้าวหน้าของปฏิกิริยาออกซิเดชั่น อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นในการขับเคลื่อนรถยนต์