Protónové výmenné membrány pre palivové články

1.1 prehľad

Problém nedostatku energie sa celosvetovo stáva čoraz závažnejším.Tradičné fosílne palivo totiž nie je obnoviteľné a použitie tohto procesu spôsobilo vážne znečistenie životného prostredia.Väčšinu premeny energie však dosiahne proces tepelného motora, ktorý je neefektívny.Za posledných 30 rokov ubudlo fosílnych palív a zvýšil sa dopyt po čistej energii.Hľadanie obnoviteľnej energie šetrnej k životnému prostrediu je vážnou úlohou, pred ktorou stoja ľudské bytosti v 21. storočí.Preto, vzhľadom na vyššie uvedené problémy spôsobené tradičnou energiou, výskum zameraný na zlepšenie účinnosti premeny energie a hľadanie čistej novej energie je čoraz rozsiahlejší.

Palivový článok je nový typ energetickej technológie, ktorá priamo premieňa chemickú energiu paliva na elektrickú energiu prostredníctvom elektrochemickej reakcie.Navyše nie je obmedzený geografickými a geografickými podmienkami.V posledných rokoch sa palivové články rýchlo vyvíjali a používali sa v rôznych oblastiach.

1.2 Palivové články

Palivové články nie sú obmedzené Carnotovým cyklom a majú vysokú teoretickú mieru premeny energie (80% účinnosť pod 200°C). V praxi je účinnosť dvojnásobná až trojnásobná oproti bežným spaľovacím motorom. Ako palivo sa používa vodík, metanol, uhľovodíky a ďalšie látky bohaté na vodík, čo je šetrné k životnému prostrediu.Palivové články majú preto široké uplatnenie.Konkrétne sú uvedené nasledujúce tri aspekty zloženia, klasifikácie a charakteristík palivových článkov:

1.2.1 Zloženie palivových článkov

Palivový článok je v podstate reverzné zariadenie na elektrolýzu vody.V palivovom článku vodík a kyslík chemicky reagujú za vzniku vody a uvoľnenia elektriny.Základná štruktúra palivového článku sa skladá z anódy, katódy a elektrolytu.Zvyčajne anóda a katóda obsahujú určité množstvo katalyzátora na urýchlenie elektrochemickej reakcie na elektróde.Medzi dvoma pólmi sú elektrolyty, ktoré možno rozdeliť do piatich typov: zásadité, fosfátové, tuhý oxid, roztavený uhličitan a membrána na výmenu protónov.Zoberme si H/O palivový článok ako príklad (obrázok 1-1): H vstupuje do anódovej časti palivového článku a platinová vrstva na anóde premieňa vodík na protóny a elektróny.Medziľahlý elektrolyt umožňuje protónom prechádzať iba do katódovej časti palivového článku.Elektróny prúdia vonkajším obvodom ku katóde a vytvárajú prúd.Kyslík prechádza do katódy palivového článku a spája sa s protónmi a elektrónmi za vzniku vody.