เยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง

1.1 ภาพรวมของ

ปัญหาการขาดแคลนพลังงานทวีความรุนแรงขึ้นทั่วโลกสำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิมนั้นไม่สามารถหมุนเวียนได้ และการใช้กระบวนการนี้ทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างร้ายแรงอย่างไรก็ตาม การแปลงพลังงานส่วนใหญ่ทำได้โดยกระบวนการเครื่องยนต์ความร้อน ซึ่งไม่มีประสิทธิภาพในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา เชื้อเพลิงฟอสซิลได้ลดลงและความต้องการพลังงานสะอาดเพิ่มขึ้นเป็นงานหนักที่มนุษย์ต้องเผชิญในศตวรรษที่ 21 ในการแสวงหาพลังงานหมุนเวียนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมดังนั้น จากปัญหาดังกล่าวข้างต้นที่เกิดจากพลังงานแบบดั้งเดิม การวิจัยเกี่ยวกับการปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานและการแสวงหาพลังงานใหม่ที่สะอาดจึงมีมากขึ้นและกว้างขวางมากขึ้น

เซลล์เชื้อเพลิงเป็นเทคโนโลยีพลังงานประเภทใหม่ ซึ่งจะแปลงพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงผ่านปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้านอกจากนี้ยังไม่ถูกจำกัดโดยสภาพทางภูมิศาสตร์และภูมิศาสตร์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เซลล์เชื้อเพลิงได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว และถูกนำไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ

1.2 เซลล์เชื้อเพลิง

เซลล์เชื้อเพลิงไม่ถูกจำกัดโดยวงจร Carnot และมีอัตราการแปลงพลังงานตามทฤษฎีสูง (ประสิทธิภาพ 80% ต่ำกว่า 200°C) ในทางปฏิบัติ ประสิทธิภาพเป็นสองถึงสามเท่าของเครื่องยนต์สันดาปภายในทั่วไป เชื้อเพลิงที่ใช้คือ ไฮโดรเจน เมทานอล ไฮโดรคาร์บอน และสารที่อุดมด้วยไฮโดรเจนอื่นๆ ซึ่งเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมดังนั้น เซลล์เชื้อเพลิงจึงมีความเป็นไปได้ในการใช้งานในวงกว้างส่วนประกอบ การจัดประเภท และลักษณะของเซลล์เชื้อเพลิงมีสามลักษณะต่อไปนี้โดยเฉพาะ:

1.2.1 องค์ประกอบของเซลล์เชื้อเพลิง

โดยพื้นฐานแล้วเซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์ย้อนกลับสำหรับการอิเล็กโทรลิซิสของน้ำในเซลล์เชื้อเพลิง ไฮโดรเจนและออกซิเจนทำปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้างน้ำและปล่อยกระแสไฟฟ้าโครงสร้างพื้นฐานของเซลล์เชื้อเพลิงประกอบด้วยแอโนด แคโทด และอิเล็กโทรไลต์โดยปกติแล้ว ขั้วบวกและขั้วลบจะมีตัวเร่งปฏิกิริยาจำนวนหนึ่งเพื่อเร่งปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้าระหว่างขั้วทั้งสองคืออิเล็กโทรไลต์ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นห้าประเภท: พื้นฐาน, ฟอสเฟต, ออกไซด์ของแข็ง, คาร์บอเนตหลอมเหลวและเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนยกตัวอย่างเซลล์เชื้อเพลิง H/O (รูปที่ 1-1) : H เข้าสู่ส่วนแอโนดของเซลล์เชื้อเพลิง และชั้นแพลทินัมบนขั้วบวกจะเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอนอิเล็กโทรไลต์ระดับกลางช่วยให้โปรตอนผ่านไปยังส่วนแคโทดของเซลล์เชื้อเพลิงได้เท่านั้นอิเล็กตรอนไหลผ่านวงจรด้านนอกไปยังแคโทดเพื่อสร้างกระแสออกซิเจนเข้าไปในแคโทดของเซลล์เชื้อเพลิงและรวมตัวกับโปรตอนและอิเล็กตรอนเพื่อสร้างน้ำ