Εισαγωγή σε 5 τύπους κυψελών καυσίμου

Μια κυψέλη καυσίμου με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων χρησιμοποιεί μια μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων ως ηλεκτρολύτη. Σε αυτόν τον τύπο κυψελών καυσίμου, το αέριο υδρογόνο τροφοδοτείται μέσω της ανόδου, ενώ το αέριο οξυγόνο παρέχεται στην κάθοδο, με τη μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων να λειτουργεί ως ηλεκτρολύτης μεταξύ τους. Κατά τη διάρκεια της ηλεκτροχημικής αντίδρασης, το αέριο υδρογόνο στην άνοδο χωρίζεται σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Ενώ τα πρωτόνια διέρχονται από τη μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων, τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια. Στην κάθοδο, το οξυγόνο συνδυάζεται με πρωτόνια και ηλεκτρόνια, παράγοντας υδρατμούς ως υποπροϊόν. Τα PEMFC προσφέρουν πλεονεκτήματα όπως υψηλή πυκνότητα ισχύος, γρήγορος χρόνος εκκίνησης και μετατροπή υψηλής απόδοσης, καθιστώντας τα ευρέως χρησιμοποιούμενα σε οχήματα μεταφοράς όπως αυτοκίνητα και ελαφρά φορτηγά.

Μια αλκαλική κυψέλη καυσίμου χρησιμοποιεί ένα διάλυμα υδροξειδίου του καλίου ως ηλεκτρολύτη. Στα AFC, το αέριο υδρογόνο αποσυντίθεται σε ιόντα υδρογόνου και ηλεκτρόνια στην άνοδο. Τα ιόντα υδρογόνου διασχίζουν το διάλυμα υδροξειδίου του καλίου, ενώ τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια. Στην κάθοδο, το οξυγόνο συνδυάζεται με ιόντα υδρογόνου και ηλεκτρόνια, με αποτέλεσμα το νερό ως υποπροϊόν. Τα AFC παρουσιάζουν μετατροπή και ανθεκτικότητα υψηλής απόδοσης, αλλά λόγω της διαβρωτικής ικανότητας του διαλύματος υδροξειδίου του καλίου, βρίσκουν ευρεία εφαρμογή σε συγκεκριμένους τομείς όπως η αεροδιαστημική και η άμυνα.

Μια κυψέλη καυσίμου φωσφορικού οξέος χρησιμοποιεί φωσφορικό οξύ ως ηλεκτρολύτη. Στους PAFC, το αέριο υδρογόνο χωρίζεται σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια στην άνοδο. Τα πρωτόνια μεταναστεύουν μέσω του ηλεκτρολύτη φωσφορικού οξέος, ενώ τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια. Στην κάθοδο, το οξυγόνο συνδυάζεται με πρωτόνια και ηλεκτρόνια, παράγοντας νερό ως υποπροϊόν. Τα PAFC προσφέρουν μετατροπή και σταθερότητα υψηλής απόδοσης, που συνήθως εφαρμόζονται σε σύνολα γεννητριών και συστήματα συμπαραγωγής.

Μια κυψέλη καυσίμου στερεού οξειδίου χρησιμοποιεί ένα στερεό υλικό οξειδίου ως ηλεκτρολύτη. Σε ένα SOFC, το αέριο υδρογόνο αποσυντίθεται σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια στην άνοδο. Τα πρωτόνια μεταναστεύουν μέσω του ηλεκτρολύτη στερεού οξειδίου, ενώ τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια. Στην κάθοδο, το οξυγόνο υφίσταται οξείδωση καθώς συνδυάζεται με πρωτόνια και ηλεκτρόνια, δημιουργώντας ιόντα οξυγόνου. Αυτά τα ιόντα οξυγόνου περνούν μέσω του ηλεκτρολύτη στερεού οξειδίου πίσω στην άνοδο, όπου αντιδρούν με το αέριο υδρογόνο, παράγοντας υδρατμούς ως υποπροϊόν. Τα SOFC προσφέρουν πλεονεκτήματα όπως μετατροπή υψηλής απόδοσης, ευελιξία καυσίμου και μεγάλη διάρκεια ζωής, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιούνται συνήθως σε σετ γεννητριών και συστήματα συμπαραγωγής.

Μια κυψέλη καυσίμου λιωμένου ανθρακικού (MCFC) είναι επίσης μια κυψέλη καυσίμου υψηλής θερμοκρασίας που χρησιμοποιεί λιωμένο ανθρακικό ως ηλεκτρολύτη. Σε ένα MCFC, το καύσιμο αέριο αποτελείται συνήθως από ένα μείγμα υδρογόνου και διοξειδίου του άνθρακα. Αυτά τα αέρια αποσυντίθενται σε ανθρακικά ιόντα και ηλεκτρόνια στη ζώνη αντίδρασης της ανόδου. Τα ανθρακικά ιόντα μπορούν να μεταναστεύσουν μέσω του τηγμένου ανθρακικού ηλεκτρολύτη σε υψηλές θερμοκρασίες και, στη ζώνη αντίδρασης της καθόδου, να συνδυαστούν με οξυγόνο για να δημιουργήσουν νερό, διοξείδιο του άνθρακα και ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια. Η θερμοκρασία λειτουργίας των MCFC κυμαίνεται γενικά από 600 έως 700 βαθμούς Κελσίου.