Brandstofcellen zijn apparaten die op dezelfde manier werken als batterijen, met het verschil dat batterijen hebben hun reagentia binnen opgeslagen, ondergaan oxidoreductiereacties en transformeren chemische energie in elektrisch; terwijl brandstofcellen geen chemische energie hebben opgeslagen, maar reactanten continu worden geïnjecteerd.
Er zijn verschillende soorten brandstofcellen, maar ze hebben allemaal hetzelfde werkingsprincipe en maken gebruik van gasvormige brandstoffen. Zo zetten brandstofcellen de energie die vrijkomt bij verbrandingsreacties om in elektrische energie.
Hieronder staat een schema van een van de meest voorkomende brandstofcellen, AFC genaamd. Alkalische brandstofcel, wat vertaald betekent "alkalische brandstofcel"):
Werkingsschema van een waterstof/zuurstof brandstofcel
Dit is de blauwdruk voor een brandstofcel, maar als we meerdere cellen in serie combineren, wordt het resultaat a brandstofcel, met meer macht.
Merk op dat waterstofgas (H2), wat de brandstof is, wordt in de poreuze structuur van de anode (negatieve pool) gepompt, die in dit geval van nikkel is gemaakt. Na het oversteken gaat de waterstof naar de elektrolyt (waterige oplossing van kaliumhydroxide, KOH
(hier)), waar het oplost en reageert, waarbij het H-kation wordt gevormd+ en het vrijgeven van elektronen. De anodehalfreactie kan dus worden weergegeven door:Anode: 1H2(g) + 2 OH-(hier) → 2 H2O(ℓ) + 2e-
Deze elektronen worden via het externe circuit naar de kathode geleid. De kathode is een nikkelelektrode gecoat met gehydrateerd nikkeloxide (Ni(OH)(en)) die de reductie van zuurstof katalyseert (meestal door het pompen van lucht), die optreedt wanneer het elektronen ontvangt. Dus de semi-reactie die optreedt bij de kathode is:
Kathode: ½ O2(g) + 1 uur2O(ℓ) + 2e- → 2 OH-(hier)
De totale reactie wordt gegeven door:
twee uur2(g) + O2(g) → twee uur2O(ℓ)
Zorg ervoor dat naast de geproduceerde elektriciteit, deze cel genereert water, wat overeenkomt met een van de belangrijkste voordelen. Daarom wordt het veel gebruikt in ruimtevaartuigen, voornamelijk Amerikaanse, zoals Gemini, Apollo en de Space Shuttle. Om je een idee te geven, in 7 dagen, aangedreven door de brandstofcel, verbruikt het Amerikaanse ruimtevaartuig Apollo 680 kg waterstof en produceert 720 L water.
Hieronder staat een NASA-brandstofcel:
NASA's door methanol aangedreven brandstofcel
Bovendien hebben veel wetenschappers het gezien als een brandstof van de toekomst, omdat het vrijwel geen verontreinigende stoffen genereert. Als gevolg van de oliecrisis zijn er sinds 1973 studies om brandstofcellen in auto's en in huizen, bedrijven en industrieën te gebruiken, steeds meer gegroeid. Zo voeren veel autofabrikanten in Europa, Japan en de Verenigde Staten in tentoonstelling en demonstratie van brandstofcelvoertuigen met hoge prestaties en nulemissie. verontreinigende stoffen.
LOS ANGELES - 19 november 2008: Honda presenteert Honda FCSport brandstofcelvoertuig op LA Auto Show*
Over het algemeen is het in deze gevallen beter om vloeibare brandstoffen te gebruiken, zoals methanol en ethanol, die aan boord van het voertuig kunnen worden omgezet in waterstof of die direct kunnen worden gebruikt.
* Redactionele credits voor de afbeelding: LovelaceMedia / Shutterstock.com .
Door Jennifer Fogaça
Afgestudeerd in scheikunde
Bron: Brazilië School - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/celula-combustivel.htm