Membrane a scambio protonico per celle a combustibile

1.1 una panoramica del

Il problema della carenza di energia sta diventando sempre più grave in tutto il mondo.Per il tradizionale combustibile fossile non è rinnovabile, e l'uso del processo ha causato un grave inquinamento ambientale.Tuttavia, la maggior parte della conversione dell'energia è ottenuta dal processo del motore termico, che è inefficiente.Negli ultimi 30 anni, i combustibili fossili sono diminuiti e la domanda di energia pulita è aumentata.È un compito serio per gli esseri umani nel 21° secolo cercare un'energia rinnovabile rispettosa dell'ambiente.Pertanto, alla luce dei suddetti problemi causati dall'energia tradizionale, la ricerca sul miglioramento dell'efficienza di conversione dell'energia e sulla ricerca di nuova energia pulita è stata sempre più estesa.

La cella a combustibile è un nuovo tipo di tecnologia energetica, che converte direttamente l'energia chimica del combustibile in elettricità attraverso una reazione elettrochimica.Inoltre, non è limitato da condizioni geografiche e geografiche.Negli ultimi anni, le celle a combustibile sono state sviluppate rapidamente e sono state applicate in diversi campi.

1.2 Celle a combustibile

Le celle a combustibile non sono limitate dal ciclo di Carnot e hanno un alto tasso di conversione teorica dell'energia (80% di efficienza sotto i 200°C). In pratica, l'efficienza è da due a tre volte quella dei normali motori a combustione interna. Il carburante utilizzato è idrogeno, metanolo, idrocarburi e altre sostanze ricche di idrogeno, che rispettano l'ambiente.Pertanto, le celle a combustibile hanno ampie prospettive di applicazione.Vengono specificamente introdotti i seguenti tre aspetti della composizione, classificazione e caratteristiche delle celle a combustibile:

1.2.1 Composizione delle celle a combustibile

La cella a combustibile è essenzialmente un dispositivo inverso per l'elettrolisi dell'acqua.In una cella a combustibile, l'idrogeno e l'ossigeno reagiscono chimicamente per formare acqua e rilasciare elettricità.La struttura di base della cella a combustibile è composta da anodo, catodo ed elettrolita.Di solito, l'anodo e il catodo contengono una certa quantità di catalizzatore per accelerare la reazione elettrochimica all'elettrodo.Tra i due poli ci sono gli elettroliti, che possono essere suddivisi in cinque tipi: basici, fosfatici, ossidi solidi, carbonati fusi e membrane a scambio protonico.Prendiamo come esempio una cella a combustibile H/O (Figura 1-1): H entra nella parte anodica della cella a combustibile e lo strato di platino sull'anodo converte l'idrogeno in protoni ed elettroni.L'elettrolita intermedio consente solo ai protoni di passare attraverso la parte catodica della cella a combustibile.Gli elettroni fluiscono attraverso il circuito esterno al catodo per formare una corrente.L'ossigeno entra nel catodo della cella a combustibile e si combina con protoni ed elettroni per formare acqua.