Πώς μετατρέπει μια κυψέλη καυσίμου χημική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια;
1. Καύσιμο και οξειδωτικό:
* Τα κύτταρα καυσίμου χρησιμοποιούν ένα καύσιμο, όπως το υδρογόνο, και ένα οξειδωτικό, συνήθως οξυγόνο.
* Αυτά τα αντιδραστήρια τροφοδοτούνται σε ξεχωριστά διαμερίσματα της κυψέλης καυσίμου.
2. Ηλεκτρόδια:
* Η κυψέλη καυσίμου έχει δύο ηλεκτρόδια:άνοδο και κάθοδο.
* Η άνοδος είναι όπου το καύσιμο οξειδώνεται, απελευθερώνοντας ηλεκτρόνια.
* Η κάθοδος είναι όπου το οξειδωτικό μειώνεται, δέχεται ηλεκτρόνια.
3. Ηλεκτρολύτης:
* Ένας ηλεκτρολύτης, ένα υλικό που διεξάγει ιόντα, κάθεται μεταξύ των ηλεκτροδίων.
* Ο ηλεκτρολύτης επιτρέπει στα ιόντα να ρέουν μεταξύ των ηλεκτροδίων, ολοκληρώνοντας το κύκλωμα.
4. Χημικές αντιδράσεις:
* Στην άνοδο, το καύσιμο (υδρογόνο) αντιδρά με έναν καταλύτη, χωρίζοντας σε ιόντα υδρογόνου (Η+) και ηλεκτρόνια (Ε-).
* Τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό ρεύμα.
* Τα ιόντα υδρογόνου ταξιδεύουν μέσω του ηλεκτρολύτη στην κάθοδο.
* Στην κάθοδο, το οξυγόνο αντιδρά με τα ιόντα υδρογόνου και τα ηλεκτρόνια, σχηματίζοντας νερό (H2O).
5. Μετατροπή ενέργειας:
* Η χημική ενέργεια που αποθηκεύεται στο καύσιμο μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω αυτής της ελεγχόμενης διαδικασίας μείωσης οξείδωσης.
* Η διαδικασία δημιουργεί ένα άμεσο ρεύμα (DC) το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία συσκευών ή μετατρέπεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) μέσω ενός μετατροπέα.
Βασικά σημεία:
* Καμία καύση: Τα κύτταρα καυσίμου παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χωρίς καύση του καυσίμου, καθιστώντας τα πολύ αποτελεσματικά και καθαρά.
* Συνεχής διαδικασία: Όσο παρέχονται καύσιμα και οξειδωτικά, η κυψέλη καυσίμου μπορεί να παράγει συνεχώς ηλεκτρική ενέργεια.
* Διάφορα καύσιμα: Ενώ το υδρογόνο είναι το πιο κοινό καύσιμο, τα κύτταρα καυσίμου μπορούν να σχεδιαστούν για να χρησιμοποιούν άλλα καύσιμα όπως η μεθανόλη ή το φυσικό αέριο.
Παράδειγμα:
Σε ένα κύτταρο καυσίμου υδρογόνου, το αέριο υδρογόνου τροφοδοτείται στην ανόδου και στο αέριο οξυγόνου στην κάθοδο. Στην άνοδο, τα μόρια υδρογόνου χωρίζονται σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια, ενώ βρίσκονται στην κάθοδο, τα μόρια οξυγόνου συνδυάζονται με τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν νερό. Τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος, δημιουργώντας ηλεκτρική ενέργεια.
Συνολικά, η διαδικασία μετατροπής της χημικής ενέργειας στην ηλεκτρική ενέργεια σε ένα κύτταρο καυσίμου περιλαμβάνει μια σειρά ελεγχόμενων χημικών αντιδράσεων που οδηγούν στη ροή ηλεκτρονίων μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος.
