Page 21 - No29

ÜZEMANYAGCELLÁK

el. Az anódba üzemanyagot, a katódba Az üzemanyagcellák áramkollektorai réz,
pedig oxidálószert táplálnak. A cellákhoz vagy alumínium, az elektródáit bevonó
üzemanyagként hidrogént, vagy szénhi- katalizátor általában platinafém. A legelter-
drogén üzemanyagokat, például metanolt, jedtebben használt típus a hidrogén üzem-
etanolt, földgázt, cseppfolyósított földgázt anyagcella. Az üzemanyagcellák különböző
használnak. A cellákban a szükséges kémiai típusai közül néhány a következő:
reakciók elősegítésére különböző típusú
katalizátorokat is használnak. HIDROGÉN
Az üzemanyag katalizátor hatására oxidáló- ÜZEMANYAGCELLA
dik az anódon. A katalizátor az üzemanyag Üzemanyaguk a hidrogén, az oxidálószer a
molekuláit elektronokra és anionokra bontja, levegő oxigénje. A különböző típusaik elek-
a felszabaduló elektronok pedig a külső trolitként protoncserélő polimer membránt
áramkörön keresztül jutnak a katódhoz. Az (PEM), alkálihidroxidot (AH) (főként KOH
oxidálószert a külső áramkörön keresztül oldatot), vagy foszforsavat (PA) használnak.
azonban több működési jellemző miatt ennél érkező elektronok redukálják a katódon. A Az üzemanyagcellában a katalizátor a
kisebb. Ezek a működési jellemzők, a cella képződő reakciótermék végül távozik a cel- hidrogénatomokat protonokra és elektro-
belső ellenállása és az elektrolit ionkoncent- lából. Az üzemanyagcella az akkumulátortól nokra bontja, amelyek különböző úton
rációja is, csökkenthetik a kinyerhető abban is különbözik, hogy az üzemanyag kerülnek a katódhoz. A protonok a PEM és
kapocsfeszültséget. A maximális és az oxidálószer is a cellán kívül tárolt és PA típusú elektroliton keresztül vándorolnak
kapocsfeszültség és a veszteségek mind az oxidálószer mind az üzemanyag a katódba, ahol újra egyesülnek az oxigénnel
figyelembevételével kapott kapocsfeszültség csak terheléskor, az áramfogyasztáskor jut a és az elektronokkal, vizet és hőt termelve.
(Uz) hányadosa a Faraday-hatásfok. Az cellába. Az alkálihidroxid elektrolitok esetén a kató-
egyes üzemanyagcellák hatásfokai Különböző üzemanyagok és elektrolitok don képződő hidroxid ionok vándorolnak az
különböznek de általában 55 és 70% közzé alkalmazásával és a különböző alkalmazási anód felé. Az elektronok egy külső áram-
esnek. igények kielégítésére speciális típusú körön keresztül jutnak a katódra, elektromos
Az üzemanyagcelláknak nagyobb az cellákat fejlesztettek ki. Az elektroliton energiát eredményezve.
energiaveszteségük mint az áthaladó üzemanyag és töltött részecskék
akkumulátoroknak. Az akkumulátorok a eltérőek lehetnek, de működési elvük
tárolt kémiai energia 80–90% -át használják ugyanaz.
fel. Az üzemanyagcellák hatásfoka azonban
jelentősen nagyobb, mint a belsőégésű mo-
toré és a feltöltésük is sokkal gyorsabb, mint
az akkumulátoroké.
Bár az üzemanyagcellákat néhány watt
teljesítményt igénylő különféle hordozható
eszközök energiaforrásaként is használják,
de elsősorban haszongép járművekben (50
és 100 kilowatt teljesítmény) és nagyméretű,
helyhez kötött alkalmazásokban, például
épületek táplálásához nyertek alkalmazást.
Ezek teljesítménye 100 kW-tól több
megawattig (MW) terjedhet. Napjainkban az Standard körülmények között a hidrogén
autókban a lítium-ion akkumulátorok égetésekor 285,8 kJ/mol energia szabadul
nyertek alkalmazást, míg az üzemanyagcel- fel, de a reakció Gibbs-szabadenergiája – és
lákat a haszongépjárművekben, például így az üzemanyagcella által termelt maximá-
buszokban, vonatokban, teherautókban és A JELEN A VÍZGŐZÉ lis elektromos energia – mindössze 237,1 kJ/
repülőgépekben használják. Jelenleg a hidrogén-üzemanyag mol.
AZ ÜZEMANYAGCELLA több, mint 95 százalékát vízgőzös
MŰKÖDÉSE reformálással: CH + H O 3 H +
2
4
2
CO, vagy száraz reformálással:
Az üzemanyagcellák két elektródáját, egy CH + CO 2CO + 2H állítják
2
4
2
elő fosszilis tüzelőanyagokból,
negatív anódot és egy pozitív katódot folya-
földgázból, biogázból és szénből.
dék vagy szilárd porózus elektrolit választja
KÉMIAI PANORÁMA 29. SZÁM, 2024. ÉVFOLYAM 21