Как работают водородные топливные элементы?

Водородные топливные элементы — это электрохимические устройства, которые преобразуют химическую энергию водорода и кислорода в электрическую энергию, тепло и воду посредством процесса, называемого электролизом. Вот упрощенное объяснение того, как работают водородные топливные элементы:

<б>1. Подача водорода и кислорода :

- Водород (H2) подается на анод топливного элемента, а кислород (O2) – на катод. Эти газы обычно подаются из внешних резервуаров или установок риформинга, которые извлекают водород из топлива, такого как природный газ или метанол.

<б>2. Анодная реакция (окисление водорода) :

- На аноде молекулы водорода расщепляются на протоны (Н+) и электроны (е-). Эта реакция катализируется катализатором, обычно изготовленным из платины или сплава на ее основе.

- Химическая реакция на аноде:

2H2 → 4H+ + 4e-

<б>3. Протонообменная мембрана (ПЕМ) :

- Между анодом и катодом находится протонообменная мембрана (ПЭМ). PEM — это твердый электролит, который пропускает протоны, но блокирует поток электронов.

<б>4. Катодная реакция (восстановление кислорода) :

- На катоде молекулы кислорода соединяются с протонами и электронами, образуя воду (H2O). Эта реакция также катализируется катализатором, обычно изготовленным из платины или сплава на ее основе.

- Химическая реакция на катоде:

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

<б>5. Электрическая схема :

- Электроны, образующиеся на аноде, проходят через внешнюю цепь, создавая электрический ток. Поток электронов направляется на питание устройств или зарядку аккумуляторов.

<б>6. Производство воды и тепла :

- В качестве побочного продукта реакций на аноде и катоде образуется вода. Кроме того, некоторое количество тепла выделяется в результате электрохимических реакций в топливном элементе.

Общую реакцию в водородном топливном элементе можно представить как:

2H2 + O2 → 2H2O + Тепло + Электрическая энергия

Водородные топливные элементы работают непрерывно, пока есть подача водорода и кислорода. Они производят электричество посредством электрохимических реакций, основными побочными продуктами которых являются вода и тепло. Эффективность водородных топливных элементов может быть весьма высокой, что делает их перспективной технологией для различных применений, включая транспорт, производство электроэнергии и портативные устройства.