أغشية تبادل البروتون لخلايا الوقود

1.1 لمحة عامة عن

أصبحت مشكلة نقص الطاقة أكثر خطورة في جميع أنحاء العالم.لأن الوقود الأحفوري التقليدي غير متجدد ، وتسبب استخدام العملية في تلوث بيئي خطير.ومع ذلك ، يتم تحقيق معظم تحويل الطاقة من خلال عملية المحرك الحراري ، وهي عملية غير فعالة.على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، انخفض الوقود الأحفوري وزاد الطلب على الطاقة النظيفة.إنها مهمة جادة تواجه البشر في القرن الحادي والعشرين للبحث عن طاقة متجددة صديقة للبيئة.لذلك ، في ضوء المشاكل المذكورة أعلاه التي تسببها الطاقة التقليدية ، كان البحث حول تحسين كفاءة تحويل الطاقة والبحث عن طاقة جديدة نظيفة أكثر وأكثر شمولاً.

خلية الوقود هي نوع جديد من تقنيات الطاقة ، والتي تحول الطاقة الكيميائية للوقود مباشرة إلى كهرباء من خلال التفاعل الكهروكيميائي.علاوة على ذلك ، لا تقيده الظروف الجغرافية والجغرافية.في السنوات الأخيرة ، تم تطوير خلايا الوقود بسرعة ، وتم تطبيقها في مجالات مختلفة.

1.2 خلايا الوقود

خلايا الوقود غير مقيدة بدورة كارنو ولها معدل تحويل طاقة نظري مرتفع (كفاءة 80٪ أقل من 200 درجة مئوية). من الناحية العملية ، تبلغ الكفاءة ضعفين إلى ثلاثة أضعاف كفاءة محركات الاحتراق الداخلي العادية. الوقود المستخدم هو الهيدروجين والميثانول والهيدروكربونات وغيرها من المواد الغنية بالهيدروجين ، وهي صديقة للبيئة.لذلك ، خلايا الوقود لها آفاق تطبيق واسعة.يتم تقديم الجوانب الثلاثة التالية من تكوين خلايا الوقود وتصنيفها وخصائصها على وجه التحديد:

1.2.1 تكوين خلايا الوقود

خلية الوقود هي في الأساس جهاز عكسي لتحليل الماء الكهربائي.في خلية الوقود ، يتفاعل الهيدروجين والأكسجين كيميائيًا لتكوين الماء وإطلاق الكهرباء.يتكون الهيكل الأساسي لخلية الوقود من الأنود والكاثود والإلكتروليت.عادة ، يحتوي الأنود والكاثود على كمية معينة من المحفز لتسريع التفاعل الكهروكيميائي عند القطب.يوجد بين القطبين إلكتروليتات ، والتي يمكن تقسيمها إلى خمسة أنواع: قاعدي ، فوسفات ، أكسيد صلب ، كربونات منصهرة وغشاء تبادل بروتون.خذ خلية وقود H / O كمثال (الشكل 1-1): H يدخل جزء الأنود من خلية الوقود ، والطبقة البلاتينية على الأنود تحول الهيدروجين إلى بروتونات وإلكترونات.يسمح المنحل بالكهرباء الوسيط فقط للبروتونات بالمرور إلى جزء الكاثود من خلية الوقود.تتدفق الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية إلى القطب السالب لتكوين تيار.يدخل الأكسجين في القطب السالب لخلية الوقود ويتحد مع البروتونات والإلكترونات لتكوين الماء.