Από ποιους τύπους υλικού μπορεί να κατασκευαστεί μια κυψέλη καυσίμου;

Τα κύτταρα καυσίμου είναι πολύπλοκες ηλεκτροχημικές συσκευές και η κατασκευή τους περιλαμβάνει μια ποικιλία υλικών, το καθένα παίζει καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία τους. Ακολουθεί μια ανάλυση των τύπων κλειδιών υλικών:

1. Ηλεκτρόδια:

* Άνοψη: Όπου το καύσιμο (π.χ. υδρογόνο) οξειδώνεται.

* Καθεάνα: Όπου μειώνεται το οξειδωτικό (π.χ. οξυγόνο).

* Υλικά:

* μέταλλα: Η πλατίνα (PT), το παλλάδιο (PD), το νικέλιο (NI), ο χρυσός (AU) και τα κράματα χρησιμοποιούνται συνήθως ως καταλύτες λόγω της υψηλής δραστηριότητας και της αγωγιμότητας τους.

* άνθρακα: Οι μαύροι άνθρακα, οι νανοσωλήνες άνθρακα και το γραφένιο προσφέρουν υψηλή επιφάνεια και αγωγιμότητα.

* Οξείδια μετάλλων: Τα οξείδια μεταβατικών μετάλλων όπως το κοβάλτιο, το νικέλιο, το μαγγάνιο μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καταλύτες ή υποστηρίξεις.

* κεραμικό: Ορισμένα κεραμικά όπως τα καραμέλα (μεταλλικά-κεραμικά σύνθετα) προσφέρουν σταθερότητα και υψηλή αγωγιμότητα σε αυξημένες θερμοκρασίες.

2. Ηλεκτρολύτης:

* Λειτουργία: Διεξάγει ιόντα μεταξύ της ανόδου και της καθόδου.

* Τύποι:

* Μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEM): Λεπτές, πολυμερές μεμβράνες (συχνά Nafion) που διεξάγουν πρωτόνια. Που χρησιμοποιούνται σε κύτταρα καυσίμου χαμηλής θερμοκρασίας.

* Αλκαλικό: Τα διαλύματα υδροξειδίου του καλίου (ΚΟΗ) ή άλλων αλκαλικών υδροξειδίων διεξάγουν ιόντα υδροξειδίου. Που χρησιμοποιούνται σε κύτταρα αλκαλικού καυσίμου.

* Στερεό οξείδιο: Τα κεραμικά υλικά όπως η ζιρκόνια σταθεροποιημένη με Yttria (YSZ) διεξάγουν ιόντα οξυγόνου. Που χρησιμοποιούνται σε κύτταρα καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας.

* τετηγμένο ανθρακικό: Το μείγμα ανθρακικών λυμάτων με λιωμένο αλκαλικό μετάλλιο διεξάγει ιόντα ανθρακικού άλατος. Που χρησιμοποιούνται σε κύτταρα καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας.

* Φωσφορικό οξύ: Το συμπυκνωμένο φωσφορικό οξύ διεξάγει πρωτόνια. Που χρησιμοποιούνται σε κύτταρα καυσίμου φωσφορικού οξέος.

3. Διαχωρισμός:

* Λειτουργία: Διαχωρίζει φυσικά την άνοδο και την κάθοδο ενώ επιτρέπει τη μεταφορά ιόντων.

* Υλικά:

* Πολυμερή: Συχνά χρησιμοποιούνται σε κύτταρα καυσίμου PEM.

* κεραμικά: Που χρησιμοποιούνται σε κύτταρα καυσίμου στερεού οξειδίου.

4. Διπολική πλάκα:

* Λειτουργία: Διεξάγει ηλεκτρόνια μεταξύ των κυττάρων σε μια στοίβα κυψελών καυσίμου και διανέμει αντιδραστήρια.

* Υλικά:

* μέταλλα: Ανοξείδωτο χάλυβα, τιτάνιο, γραφίτη και σύνθετα.

* γραφίτη: Συχνά χρησιμοποιείται για την καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και την αντίσταση στη διάβρωση.

* Σύνθετα: Τα σύνθετα μεταλλικά πολυμερή προσφέρουν ελαφρές επιλογές.

5. Φλάντζες και σφραγίδες:

* Λειτουργία: Αποτρέψτε τις διαρροές και εξασφαλίστε τη σωστή σφράγιση της στοίβας κυψελών καυσίμου.

* Υλικά:

* Elastomers: Σιλικόνη, Viton και άλλα πολυμερή ανθεκτικά σε υψηλή θερμοκρασία.

* μέταλλα: Συχνά χρησιμοποιούνται σε κύτταρα καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας.

Η επιλογή των σωστών υλικών για μια κυψέλη καυσίμου εξαρτάται από:

* Θερμοκρασία λειτουργίας: Τα διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετική θερμική σταθερότητα.

* καύσιμο και οξειδωτικό: Η χημική συμβατότητα των υλικών με τα αντιδραστήρια είναι απαραίτητη.

* Απαιτήσεις απόδοσης: Η αγωγιμότητα, η επιφάνεια και η ανθεκτικότητα είναι σημαντικοί παράγοντες.

* Κόστος: Η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην εμπορική βιωσιμότητα των κυττάρων καυσίμου.

Η ανάπτυξη νέων υλικών και καινοτόμων σχεδίων συνεχίζει να βελτιώνει την απόδοση των κυψελών καυσίμων και να μειώνει το κόστος.