Was ist eine Proton-Austausch-Membranen-Kraftstoff-Zelle?

Eine Protonaustausch-Membranen-Kraftstoffzelle (PEMFC) ist eine Kraftstoffzelle, die Wasserstoff und Sauerstoff benutzt, um elektrische Energie zu befreien. Seine unterscheidene Eigenschaft ist eine Elektrolytmembrane, die eine MembranenElektrode genannt, (MEA) die den Durchgang der Protone aber der nicht Elektronen erlaubt. Eine Protonaustausch-Membranen-Kraftstoffzelle hat mögliche Anwendungen als stationäre und bewegliche Kraftstoffzelle.

Ein MEA hat eine Anodenseite und eine Kathodenseite. Ein elektrischer Strom fließt in die Anodenseite des MEAS und aus seiner Kathodenseite heraus. Eine Protonaustausch-Membranen-Kraftstoffzelle liefert Wasserstoffgas an die Anodenseite des MEAS, die die Wasserstoffatome in Elektronen und in Protone aufspaltet, ein Prozess, der durch eine Gleichung gezeigt werden kann: H2 - > 2e- + 2H+. Die Protone in diesem Reaktionsspielraum durch den MEA zu seiner Kathodenseite und der Elektrondurchlauf zur Kathodenseite des MEAS durch einen externen Stromkreis. Die Kombination dieser Prozesse verursacht einen elektrischen Strom.

Eine Protonaustausch-Membranen-Kraftstoffzelle liefert auch Sauerstoffgas an die MEA’s Kathodenseite. Wenn die Moleküle des zweiatomigen Sauerstoffes (O2) in Sauerstoffatome aufgespaltet werden können, können die Protone, die durch den MEA reisen, mit diesen Sauerstoffatomen zu den Formmolekülen des Wassers reagieren. Diese Reaktion kann durch eine Gleichung auch gezeigt werden: O + 2H+ + 2e- - > H2O.

Der MEA muss einige Kriterien erfüllen, um Elektrizität zu produzieren. Er can’t lässt Wasserstoff- oder Sauerstoffgas durch ihn reisen. Der MEA muss auch in der Lage sein, dem oxydierenden Effekt auf die Anodenseite und dem reduzierenden Effekt auf die Kathodenseite zu widerstehen.

Platinkatalysatoren können benutzt werden, um Wasserstoffmoleküle mit relativer Mühelosigkeit aufzuspalten. Produziert der Sauerstoff aufspaltet Moleküle mit Platinkatalysatoren jedoch bedeutende elektrische Verluste. Ein zusätzliches Problem mit Platinkatalysatoren ist, dass eine sehr kleine Menge Kohlendioxyd erheblich ihre Leistung vermindert. Wissenschaftler entdeckt einen praktischen Katalysator für aufspaltensauerstoffmoleküle nicht ab 2010, aber ein Katalysator, der aus Carbon, Eisen und Stickstoff bestand, gezeigt die meiste Versprechung. Die Primärschwierigkeit mit diesem Katalysator ist, dass seine Reaktionsrate schnell in einem kurzen Zeitraum fällt.

Wasser verursacht auch elektrische Verluste in einer Protonaustausch-Membranen-Kraftstoffzelle. Die Kraftstoffzelle muss verhindern, dass überschüssiges Wasser den MEA aber genügend Wasser gewähren, um den MEA vom Austrocknen zu halten überschwemmt. Wasserwirtschaft in einer Protonaustausch-Membranen-Kraftstoffzelle ist schwierig, weil das Wasser zur Kathodenseite des MEA angezogen. Elektrische osmotische Pumpen sind eine mögliche Lösung zu diesem Problem.