Принцип работы водородных топливных элементов — это, по сути, обратная реакция электролиза воды. Еще в 1830-х годах зарубежные ученые осознали обратную реакцию электролиза воды и получения электрического тока. В прошлом топливные элементы в основном использовались в специальных областях, таких как аэрокосмическая промышленность. В последнее десятилетие, с ростом осведомленности о глобальной защите окружающей среды, сокращении потребления энергии и устойчивом развитии, топливные элементы начали получать внимание и развиваться.
Рабочий процесс водородного топливного элемента — это технология, которая объединяет водород с кислородом воздуха с образованием воды H2O и выделением электрической энергии. Характеризуется низкой рабочей температурой и быстрой скоростью запуска. Он особенно подходит для использования в качестве аккумуляторной батареи.
Шаг 1: Водород достигает анода через трубу или воздуховодную пластину. Под действием анодного катализатора молекулы водорода ионизируются в положительно заряженные ионы водорода (протоны) и выделяют отрицательно заряженные электроны.
Шаг 2: Ионы водорода проходят через электролит (протонообменную мембрану) к катоду, а электроны проходят через внешнюю цепь к катоду. Электроны образуют ток во внешней цепи, и через соответствующие соединения электрическая энергия может быть выведена на нагрузку.
Шаг 3: На другом конце батареи кислород (воздух) достигает катода через трубку или направляющую пластину для воздуха. Под действием катодного катализатора кислород реагирует с ионами водорода и электронами с образованием воды.
Существует много типов топливных элементов, и разница между ними заключается в электролите. Водородный топливный элемент состоит из биполярной пластины (анода, катода) и протонообменной мембраны. Водородное топливо окисляется на аноде, окислитель восстанавливается на катоде, а электролитом служит протонообменная мембрана. Оба полюса содержат катализаторы, ускоряющие электрохимические реакции на электродах.