Οι κυψέλες καυσίμου είναι συσκευές που λειτουργούν παρόμοια με τις μπαταρίες, με τη διαφορά ότι οι μπαταρίες αποθηκεύουν τα αντιδραστήρια τους, υποβάλλονται σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής και μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρικός; ενώ τα στοιχεία καυσίμου δεν έχουν αποθηκευμένη χημική ενέργεια, αλλά τα αντιδραστήρια εγχύονται συνεχώς.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι κυψελών καυσίμου, αλλά όλοι έχουν την ίδια αρχή λειτουργίας και χρησιμοποιούν αέρια καύσιμα. Έτσι, τα στοιχεία καυσίμου μετατρέπουν την ενέργεια που απελευθερώνεται σε αντιδράσεις καύσης σε ηλεκτρική ενέργεια.
Ακολουθεί ένα σχήμα ενός από τα πιο κοινά στοιχεία καυσίμου, που ονομάζεται AFC. Κυψέλη αλκαλικών καυσίμων, η οποία μεταφράζεται σημαίνει "κυψέλη αλκαλικού καυσίμου"):
Σχέδιο λειτουργίας μιας κυψέλης καυσίμου υδρογόνου / οξυγόνου
Αυτό είναι το προσχέδιο για μια κυψέλη καυσίμου, αλλά εάν συνδυάσουμε πολλά κελιά σε σειρά, το αποτέλεσμα θα είναι κυψέλη καυσίμου, με μεγαλύτερη ισχύ.
Σημειώστε ότι το αέριο υδρογόνο (Η2), που είναι το καύσιμο, αντλείται στην πορώδη δομή της ανόδου (αρνητικός πόλος), η οποία στην περίπτωση αυτή είναι κατασκευασμένη από νικέλιο. Αφού το διασχίσει, το υδρογόνο περνά στον ηλεκτρολύτη (υδατικό διάλυμα υδροξειδίου του καλίου, KOH
(εδώ), όπου διαλύεται και αντιδρά, σχηματίζοντας το κατιόν Η+ και απελευθέρωση ηλεκτρονίων. Έτσι, η μισή αντίδραση ανόδου μπορεί να αναπαρασταθεί από:Άνοδος: 1Η2 (ζ) + 2 Ω-(εδώ) → 2 Ω2Ο(ℓ) + 2ε-
Αυτά τα ηλεκτρόνια οδηγούνται στην κάθοδο μέσω του εξωτερικού κυκλώματος. Η κάθοδος είναι ένα ηλεκτρόδιο νικελίου επικαλυμμένο με ενυδατωμένο οξείδιο του νικελίου (Ni (OH)(μικρό)) που καταλύει τη μείωση του οξυγόνου (συνήθως από την άντληση αέρα), η οποία συμβαίνει όταν δέχεται ηλεκτρόνια. Έτσι, η ημι-αντίδραση που εμφανίζεται στην κάθοδο είναι:
Κάθοδος: ½ O2 (ζ) + 1 ώρα2Ο(ℓ) + 2ε- → 2 OH-(εδώ)
Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση;)
Η συνολική αντίδραση δίνεται από:
2 ώρες2 (ζ) + Ο2 (ζ) → 2 ώρες2Ο(ℓ)
Δείτε ότι εκτός από την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται, αυτό το κύτταρο παράγει νερό, το οποίο αντιστοιχεί σε ένα από τα κύρια πλεονεκτήματά του. Γι 'αυτό χρησιμοποιείται πολύ στα διαστημικά σκάφη, κυρίως αμερικανικά, όπως οι Δίδυμοι, ο Απόλλωνας και το διαστημικό λεωφορείο. Για να σας δώσει μια ιδέα, σε 7 ημέρες, τροφοδοτείται από την κυψέλη καυσίμου, το αμερικανικό διαστημικό σκάφος Apollo καταναλώνει 680 κιλά υδρογόνου και παράγει 720 λίτρα νερού.
Ακολουθεί μια κυψέλη καυσίμου της NASA:
Η κυψέλη καυσίμου της NASA με μεθανόλη
Επιπλέον, πολλοί επιστήμονες το έχουν δει ως καύσιμο του μέλλοντος, καθώς δεν παράγει ουσιαστικά ρύπους. Λόγω της πετρελαϊκής κρίσης, από το 1973 μελέτες για τη χρήση κυψελών καυσίμου σε αυτοκίνητα και σπίτια, επιχειρήσεις και βιομηχανίες αναπτύσσονται όλο και περισσότερο. Για παράδειγμα, πολλοί κατασκευαστές αυτοκινήτων στην Ευρώπη, την Ιαπωνία και τις Ηνωμένες Πολιτείες εισάγουν έκθεση και επίδειξη οχημάτων κυψελών καυσίμου με υψηλή απόδοση και μηδενικές εκπομπές. Ρύποι.
ΛΟΣ ΑΝΤΖΕΛΕΣ - 19 Νοεμβρίου 2008: Η Honda παρουσιάζει το όχημα κυψελών καυσίμου Honda FCSport στο LA Auto Show *
Γενικά, σε αυτές τις περιπτώσεις, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε υγρά καύσιμα, όπως μεθανόλη και αιθανόλη, τα οποία μπορούν να αναμορφωθούν σε υδρογόνο επί του οχήματος ή τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα.
* Συντακτικές πιστώσεις για την εικόνα: LovelaceMedia / Shutterstock.com .
Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία
Θα θέλατε να αναφέρετε αυτό το κείμενο σε σχολείο ή ακαδημαϊκό έργο; Κοίτα:
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Κυψέλη καυσίμου"; Σχολείο της Βραζιλίας. Διαθέσιμο σε: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/celula-combustivel.htm. Πρόσβαση στις 28 Ιουνίου 2021.
