Принцип действия топливных элементов

Топливный элемент вырабатывает электроэнергию из водорода и кислорода, и поэтому находит наибольшее применение в тех автомобилях, где водород используется в качестве альтернативы ископаемым видам топлива. Когда он применяется в качестве топлива в электромобилях, работающих на водороде и называемых иначе автомобилями, работающими на топливных элементах (АТЭ), то из выхлопной трубы в окружающую атмосферу, по существу, выходят молекулы воды. Имеются самые разные типы топливных элементов, но наибольшее распространение нашли те, что построены на основе ионообменной полимерной мембраны, поскольку они вырабатывают больше энергии при более низкой температуре, что дает им возможность нагреваться быстрее, чем другие более горячие топливные элементы. Электрический ток, который они вырабатывают, подается на электромотор автомобиля.

 

Здесь у топливного элемента имеется положительный электрод, называемый анодом, а также отрицательный электрод, называемый катодом. На анод топливного элемента подается водород, тогда как на катод — кислород, поступающий из всасываемого воздушного потока. Тонкая платиновая пластинка служит в качестве катализатора, расщепляющего каждый атом водорода на положительный и отрицательный ионы. Электролитическая полимерная мембрана Пропускает положительные ионы к аноду, тогда как отрицательные ионы она не пропускает, и поэтому они направляются к катоду. В результате химической реакции электролиза вырабатывается электрический ток, подаваемый на электромотор автомобиля, чтобы привести его в движение.

 

В процессе воссоединения на катоде положительных и отрицательных ионов водорода к ним добавляется из воздуха молекула кислорода. В результате образуется молекула воды H20, которая покидает ячейку топливного элемента в виде пара. Чтобы увеличить электрическую мощность топливного элемента в реальных автомобилях сотни отдельных ячеек соединяются в батарею топливных элементов. Широкое распространение автомобили на топливных элементах получат только тогда, когда будут устранены все технологические препятствия на пути к безопасному хранению водорода и получению из него электроэнергии, а также если не будут придуманы более эффективные альтернативные виды топлива.