Wprowadzenie do 5 typów ogniw paliwowych

Ogniwo paliwowe z membraną do wymiany protonów wykorzystuje membranę do wymiany protonów jako elektrolit. W tego typu ogniwach paliwowych wodór przepuszczany jest przez anodę, a tlen dostarczany jest do katody, a membrana do wymiany protonów pełni rolę elektrolitu pomiędzy nimi. Podczas reakcji elektrochemicznej wodór na anodzie zostaje rozdzielony na protony i elektrony. Podczas gdy protony przechodzą przez membranę wymiany protonów, elektrony przepływają przez obwód zewnętrzny, wytwarzając energię elektryczną. Na katodzie tlen łączy się z protonami i elektronami, tworząc jako produkt uboczny parę wodną. PEMFC oferują takie zalety, jak duża gęstość mocy, krótki czas rozruchu i wysoka wydajność konwersji, dzięki czemu są szeroko stosowane w pojazdach transportowych, takich jak samochody osobowe i lekkie ciężarówki.

W alkalicznym ogniwie paliwowym jako elektrolit wykorzystuje się roztwór wodorotlenku potasu. W AFC gazowy wodór rozkłada się na jony wodoru i elektrony na anodzie. Jony wodoru przechodzą przez roztwór wodorotlenku potasu, podczas gdy elektrony przepływają przez obwód zewnętrzny, wytwarzając energię elektryczną. Na katodzie tlen łączy się z jonami wodoru i elektronami, w wyniku czego powstaje woda jako produkt uboczny. AFC charakteryzują się wysoką wydajnością konwersji i trwałością, ale ze względu na korozyjne działanie roztworu wodorotlenku potasu znajdują szerokie zastosowanie w określonych obszarach, takich jak lotnictwo i obrona.

Ogniwo paliwowe z kwasem fosforowym wykorzystuje kwas fosforowy jako elektrolit. W PAFC wodór jest rozdzielany na protony i elektrony na anodzie. Protony migrują przez elektrolit kwasu fosforowego, podczas gdy elektrony przepływają przez obwód zewnętrzny, wytwarzając energię elektryczną. Na katodzie tlen łączy się z protonami i elektronami, tworząc wodę jako produkt uboczny. PAFC zapewniają wysoką wydajność konwersji i stabilność, powszechnie stosowane w agregatach prądotwórczych i systemach kogeneracyjnych.

Ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem wykorzystuje jako elektrolit stały materiał tlenkowy. W SOFC gazowy wodór rozkłada się na protony i elektrony na anodzie. Protony migrują przez stały elektrolit tlenkowy, podczas gdy elektrony przepływają przez obwód zewnętrzny, wytwarzając energię elektryczną. Na katodzie tlen ulega utlenianiu, łącząc się z protonami i elektronami, tworząc jony tlenu. Jony tlenu przechodzą przez stały elektrolit tlenkowy z powrotem do anody, gdzie reagują z gazowym wodorem, wytwarzając parę wodną jako produkt uboczny. SOFC oferują zalety, takie jak wysoka wydajność konwersji, elastyczność paliwowa i długa żywotność, dzięki czemu są powszechnie stosowane w agregatach prądotwórczych i systemach kogeneracyjnych.

Ogniwo paliwowe ze stopionym węglanem (MCFC) to także ogniwo paliwowe wysokotemperaturowe, w którym jako elektrolit wykorzystuje się stopiony węglan. W MCFC gaz paliwowy składa się zazwyczaj z mieszaniny wodoru i dwutlenku węgla. Gazy te rozkładają się na jony węglanowe i elektrony w strefie reakcji anody. Jony węglanowe mogą migrować przez stopiony elektrolit węglanowy w wysokich temperaturach i w strefie reakcji na katodzie łączyć się z tlenem, tworząc wodę, dwutlenek węgla i elektrony. Elektrony przepływają przez obwód zewnętrzny, wytwarzając energię elektryczną. Temperatura robocza MCFC zazwyczaj waha się od 600 do 700 stopni Celsjusza.