Вступ до 5 типів паливних елементів

Паливний елемент з протонообмінною мембраною використовує протонообмінну мембрану як електроліт. У цьому типі паливних елементів водень подається через анод, тоді як кисень подається до катода, а протонообмінна мембрана діє як електроліт між ними. Під час електрохімічної реакції газоподібний водень на аноді розщеплюється на протони та електрони. Поки протони проходять через протонообмінну мембрану, електрони проходять по зовнішньому контуру, виробляючи електроенергію. На катоді кисень поєднується з протонами й електронами, утворюючи водяну пару як побічний продукт. PEMFC пропонують такі переваги, як висока питома потужність, швидкий час запуску та високоефективне перетворення, що робить їх широко використовуваними в транспортних засобах, таких як легкові та легкі вантажівки.

Лужний паливний елемент використовує розчин гідроксиду калію як електроліт. У AFC газоподібний водень розкладається на іони водню та електрони на аноді. Іони водню проходять через розчин гідроксиду калію, тоді як електрони протікають через зовнішній ланцюг, виробляючи електроенергію. На катоді кисень поєднується з іонами водню та електронами, в результаті чого утворюється вода як побічний продукт. AFC демонструють високу ефективність перетворення та довговічність, але через корозійну активність розчину гідроксиду калію вони знаходять широке застосування в певних сферах, таких як авіакосмічна промисловість і оборона.

Фосфорно-кислотний паливний елемент використовує фосфорну кислоту як електроліт. У PAFC газоподібний водень розщеплюється на протони та електрони на аноді. Протони мігрують через електроліт фосфорної кислоти, тоді як електрони проходять через зовнішній контур, виробляючи електричну енергію. На катоді кисень поєднується з протонами й електронами, утворюючи воду як побічний продукт. PAFC пропонують високоефективне перетворення та стабільність, які зазвичай застосовуються в генераторних установках і системах когенерації.

Твердооксидний паливний елемент використовує твердий оксидний матеріал як електроліт. У SOFC газоподібний водень розкладається на протони та електрони на аноді. Протони мігрують через твердий оксидний електроліт, тоді як електрони протікають через зовнішній контур, виробляючи електроенергію. На катоді кисень піддається окисленню, коли він з’єднується з протонами й електронами, утворюючи іони кисню. Ці іони кисню проходять через твердий оксидний електроліт назад до анода, де вони реагують з газоподібним воднем, утворюючи водяну пару як побічний продукт. SOFC пропонують такі переваги, як високоефективне перетворення, гнучкість використання палива та тривалий термін служби, що робить їх широко використовуваними в генераторних установках і системах когенерації.

Паливний елемент з розплавленого карбонату (MCFC) також є високотемпературним паливним елементом, у якому в якості електроліту використовується розплавлений карбонат. У MCFC паливний газ зазвичай складається із суміші водню та вуглекислого газу. Ці гази розкладаються на карбонатні іони та електрони в анодній зоні реакції. Карбонатні іони можуть мігрувати через розплавлений карбонатний електроліт при високих температурах і в зоні катодної реакції з’єднуватися з киснем, утворюючи воду, вуглекислий газ і електрони. Електрони протікають по зовнішньому ланцюгу, виробляючи електричну енергію. Робоча температура MCFC зазвичай коливається від 600 до 700 градусів Цельсія.