Hvordan brændselsceller arbejde?

Original: http://www.chemistryviews.org/details/education/1458465/How_Do_Fuel_Cells_Work.html

thumbnail image: How Do Fuel Cells Work?Forfatter: Vera Köster
Udgivet Dato: 7 februar 2012
Copyright: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

 

 

Brændselsceller er elektrokemiske energi konvertere. De direkte omdanne energien i en kemisk reaktion til elektrisk energi – uden en termisk-elektriske mellemtrin.

Generlt Princip
I en eksoterm kemisk reaktion direkte udveksles elektroner eller de elektriske ladninger mellem de reagerende molekyler eller atomer. Hydrogen, f.eks reagerer spontant med oxygen med højt energiindhold af oxidation af hydrogen er fuldstændig frigivet som varme.
I en brændselscelle brændstoffet ikke reagerer direkte med oxidanten, men i stedet leverer sine elektroner til anoden. Elektronerne strømmer derefter til katoden, hvor de tages op af den anden reaktionspartner, typisk atmosfærisk oxygen.
Med dette kan reaktionen styres og udføres med høj strømeffektivitet.

Designet
Brændselsceller består af to elektroder, der udfører elektroner – anoden og katoden. Elektroderne er adskilt af en elektrolyt, der leder ioner.

I et batteri elektrisk energi kemisk lagret i elektroden. I en brændselscelle energikilden bragt fra eksternt. Elektroderne har kun en rolle som katalysator i konverteringen.

Den mest enkle og stillede reaktanter er brint som brændstof og ilt som oxidationsmiddel. Også carbonhydrider, såsom naturgas og alkoholer som methanol anvendes som brændstof.
I tekniske systemer brændselsceller er koblet til stakke for at opnå højere elektrisk spænding og imødekomme efterspørgslen. Brændselscellesystemer har en høj effektivitet, som i princippet kan klare sig bedre end dem af forbrændingsmotorer.

Typer
Høj / lav temperatur brændselsceller
Brændselsceller er underopdelt i lav temperatur (LT) og høj temperatur (HT) brændselsceller. LT brændselsceller arbejder i et område fra stuetemperatur til ca. 120 ° C og HT brændselsceller fra ca.. 600 til 1000 ° C. Den phosphorsyre brændselscelle fungerer ved en temperatur i mellem, ved 200 ° C.
Elektrolytter Brugt

Brændselsceller er normalt navngivet i overensstemmelse med den anvendte elektrolyt. De forskellige elektrolytter væsentlig indflydelse de karakteristiske egenskaber af brændselsceller som driftstemperatur og mekanisme af ledningsevne. Direkte relateret til dette er udvælgelsen af ​​katalysatoren, efterspørgslen af ​​processen gas mv

1LT brændselsceller kræver ædelmetalkatalysatorer i deres elektroder til at aktivere den kemiske reaktion. Dette gør dem følsomme for CO forgiftning ved lave temperaturer. Den højere driftstemperatur af PAFC tolererer CO-koncentrationer på 1-2%. I stedet for ren hydrogen, også proces gas kan anvendes direkte.

2PEMFC anvende en polymer som elektrolyt.

3I navn DMFC henviser til den direkte omdannelse af methanol som brændstof. Typisk fungerer det på grundlag af en PEMFC.

Referencer
Modificeret oversættelse fra
M. Waidhas, H. Landes, Gebändigtes Knallgas: Brennstoffzellen im mobilen und stationären Einsatz, Phys. Unserer Zeit 2001 32 (4), 172-179. DOI: 10,1002 / 1521-3943 (200107) 32: 4 <172 :: AID-PIUZ172> 3.0.CO, 2-W