เซลล์เชื้อเพลิง: ชนิด หลักการทำงาน และคุณสมบัติ

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 14:03

ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสะอาดเพราะผลิตแต่น้ำและให้พลังงานสะอาดโดยใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน สามารถเก็บไว้ในเซลล์เชื้อเพลิงที่ผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้อุปกรณ์แปลงไฟฟ้าเคมี ไฮโดรเจนเป็นแหล่งกำเนิดของพลังงานปฏิวัติแห่งอนาคต แต่การพัฒนายังคงมีอยู่อย่างจำกัด เหตุผล: พลังงานที่ผลิตได้ยาก ความคุ้มค่า และความสมดุลของพลังงานที่น่าสงสัย เนื่องจากลักษณะการออกแบบที่ใช้พลังงานมาก แต่ตัวเลือกพลังงานนี้ให้มุมมองที่น่าสนใจในแง่ของการจัดเก็บพลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงแหล่งพลังงานหมุนเวียน

ผู้บุกเบิกเซลล์เชื้อเพลิง

Humphry Davy ได้แสดงให้เห็นแนวคิดนี้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงต้นศตวรรษที่สิบเก้า ตามมาด้วยงานบุกเบิกของ Christian Friedrich Schonbein ในปี 1838 ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 NASA ร่วมมือกับพันธมิตรทางอุตสาหกรรม ได้เริ่มพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้สำหรับเที่ยวบินที่มีนักบินอวกาศ ส่งผลให้บล็อกแรกของ PEMFC

Leonard Nidrach นักวิจัยของ GE อีกคนได้อัพเกรด PEMFC ของ Grubb โดยใช้แพลตตินั่มเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา Grubb-Niedrach ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดยร่วมมือกับ NASA และถูกใช้โดยโครงการอวกาศของ Gemini ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 International Fuel Cells (IFC ภายหลัง UTC Power) ได้พัฒนาอุปกรณ์ 1.5 กิโลวัตต์สำหรับเที่ยวบินในอวกาศของ Apollo พวกเขาจัดหาไฟฟ้าและน้ำดื่มให้กับนักบินอวกาศในระหว่างปฏิบัติภารกิจ ต่อมา IFC ได้พัฒนาหน่วยขนาด 12kW ที่ใช้ในการจ่ายพลังงานให้กับยานอวกาศทุกเที่ยวบิน

ชิ้นส่วนยานยนต์ถูกคิดค้นขึ้นครั้งแรกโดย Grulle ในปี 1960 GM ใช้ Union Carbide ในรถยนต์ "Electrovan" มันถูกใช้เป็นรถของ บริษัท เท่านั้น แต่สามารถเดินทางได้ไกลถึง 120 ไมล์เมื่อเต็มถังและไปถึงความเร็วสูงสุด 70 ไมล์ต่อชั่วโมง Kordesch และ Grulke ทดลองกับมอเตอร์ไซค์ไฮโดรเจนในปี 1966 เป็นเซลล์ไฮบริดที่มีแบตเตอรี่ NiCad ควบคู่กันซึ่งทำได้น่าประทับใจ 1.18L/100km การเคลื่อนไหวนี้มีเทคโนโลยี e-bike ขั้นสูงและการจำหน่าย e-motorcycles

ในปี 2550 แหล่งเชื้อเพลิงเริ่มจำหน่ายในหลากหลายพื้นที่ โดยเริ่มขายให้กับผู้ใช้ปลายทางด้วยการรับประกันเป็นลายลักษณ์อักษรและความสามารถในการให้บริการ เช่น เป็นไปตามข้อกำหนดและมาตรฐานของระบบเศรษฐกิจตลาด ดังนั้นกลุ่มตลาดจำนวนมากจึงเริ่มให้ความสำคัญกับอุปสงค์ โดยเฉพาะพลังเสริมนับพันหน่วย PEMFC และ DMFC (APU) มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในการใช้งานด้านความบันเทิง: เรือ ของเล่น และชุดฝึก

Horizon ในเดือนตุลาคม 2009 แสดงให้เห็นระบบอิเล็กทรอนิกส์ Dynario เชิงพาณิชย์เครื่องแรกที่ทำงานบนตลับเมทานอล เซลล์เชื้อเพลิง Horizon สามารถชาร์จโทรศัพท์มือถือ ระบบ GPS กล้อง หรือเครื่องเล่นเพลงดิจิตอลได้

กระบวนการผลิตไฮโดรเจน

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือสารที่มีไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่ปล่อยพลังงานเป็นศูนย์ซึ่งปล่อยพลังงานระหว่างการเผาไหม้หรือผ่านปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี เซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่จะผลิตไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมี แต่ตัวก่อนจะผลิตพลังงานได้ตราบใดที่มีเชื้อเพลิง จึงไม่สูญเสียประจุ

กระบวนการทางความร้อนเพื่อผลิตไฮโดรเจนมักเกี่ยวข้องกับการปฏิรูปไอน้ำ ซึ่งเป็นกระบวนการที่อุณหภูมิสูงซึ่งไอน้ำทำปฏิกิริยากับแหล่งไฮโดรคาร์บอนเพื่อปล่อยไฮโดรเจน เชื้อเพลิงธรรมชาติจำนวนมากสามารถปฏิรูปเพื่อผลิตไฮโดรเจนได้

วันนี้ประมาณ 95% ของไฮโดรเจนถูกผลิตขึ้นจากการปฏิรูปแก๊ส น้ำถูกแยกออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจนโดยอิเล็กโทรไลซิส ในอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เหมือนเซลล์เชื้อเพลิง Horizon Zero แบบย้อนกลับ

กระบวนการทางพลังงานแสงอาทิตย์

พวกเขาใช้แสงเป็นตัวแทนในการผลิตไฮโดรเจน มีอยู่หลายขั้นตอนตามแผงโซลาร์เซลล์:

1. ภาพถ่ายชีวภาพ;
2. โฟโตอิเล็กโทรเคมี;
3. ซันนี่;
4. เทอร์โมเคมี.

กระบวนการทางแสงทางชีวภาพใช้กิจกรรมสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติของแบคทีเรียและสาหร่ายสีเขียว

โฟโตอิเล็กโทรเคมีเป็นเซมิคอนดักเตอร์เฉพาะสำหรับการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน

การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยความร้อนจากไฮโดรเจนใช้พลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้นสำหรับปฏิกิริยาการแยกน้ำร่วมกับสปีชีส์อื่นๆ เช่น ออกไซด์ของโลหะ

กระบวนการทางชีวภาพใช้จุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรียและสาหร่ายขนาดเล็ก และสามารถผลิตไฮโดรเจนได้ด้วยปฏิกิริยาทางชีวภาพ ในการแปลงมวลชีวภาพของจุลินทรีย์ จุลินทรีย์จะทำลายสารอินทรีย์ เช่น ชีวมวล ในขณะที่ในกระบวนการ photobiological จุลินทรีย์ใช้แสงแดดเป็นแหล่งผลิต

ส่วนประกอบการสร้าง

อุปกรณ์ประกอบฉากประกอบด้วยหลายส่วน แต่ละองค์ประกอบมีสามองค์ประกอบหลัก:

• ขั้วบวก;
• แคโทด;
• อิเล็กโทรไลต์นำไฟฟ้า

ในกรณีของเซลล์เชื้อเพลิง Horizon ซึ่งแต่ละอิเล็กโทรดทำจากวัสดุที่มีพื้นผิวสูงที่ชุบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะผสมแพลตตินัม วัสดุอิเล็กโทรไลต์เป็นเมมเบรนและทำหน้าที่เป็นตัวนำไอออน การผลิตไฟฟ้าถูกขับเคลื่อนโดยปฏิกิริยาเคมีหลักสองปฏิกิริยา สำหรับองค์ประกอบที่ใช้ pureH_2.

ก๊าซไฮโดรเจนที่ขั้วบวกแยกออกเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน อันแรกถูกส่งผ่านเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์และอันหลังไหลไปรอบ ๆ ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ประจุไอออน (H + และ e -) รวมกับ O_{2 ที่ขั้วลบ ปล่อยน้ำและความร้อน ประเด็นด้านสิ่งแวดล้อมมากมายที่ส่งผลกระทบต่อโลกทุกวันนี้ กำลังขับเคลื่อนสังคมให้บรรลุการพัฒนาที่ยั่งยืนและความก้าวหน้าในการปกป้องโลก ในบริบทนี้ ปัจจัยสำคัญคือการแทนที่แหล่งพลังงานพื้นฐานที่แท้จริงกับแหล่งพลังงานอื่นๆ ที่สามารถตอบสนองความต้องการของมนุษย์ได้อย่างเต็มที่}

องค์ประกอบที่เป็นปัญหาเป็นเพียงอุปกรณ์ดังกล่าว เนื่องจากแง่มุมนี้พบวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้มากที่สุด เนื่องจากเป็นไปได้ที่จะได้รับพลังงานไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงสะอาดที่มีประสิทธิภาพสูงและไม่มีการปล่อย CO_2.

ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินั่ม

แพลตตินัมมีฤทธิ์สูงสำหรับไฮโดรเจนออกซิเดชันและยังคงเป็นวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าที่พบบ่อยที่สุด หนึ่งในงานวิจัยหลักของ Horizon ที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงที่ลดระดับแพลตตินัมอยู่ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ซึ่งมีการวางแผนตัวเร่งปฏิกิริยาทางวิศวกรรมที่ทำจากอนุภาคนาโนแพลตตินัมที่รองรับคาร์บอนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในอนาคตอันใกล้ วัสดุเหล่านี้มีประโยชน์จากอนุภาคนาโนที่กระจายตัวสูง พื้นที่ผิวอิเล็กโตรคะตาไลติกสูง (ESA) และการเติบโตของอนุภาคน้อยที่สุดที่อุณหภูมิสูง แม้ในระดับโหลด Pt ที่สูงขึ้น

โลหะผสมที่มีส่วนผสมของ Pt มีประโยชน์สำหรับอุปกรณ์ที่ทำงานบนแหล่งเชื้อเพลิงเฉพาะ เช่น เมทานอลหรือการปฏิรูป (H₂, CO₂, CO และ N_{2). โลหะผสม Pt/Ru ได้แสดงประสิทธิภาพที่ดีขึ้นเหนือตัวเร่งปฏิกิริยา Pt ไฟฟ้าเคมีบริสุทธิ์ในแง่ของการออกซิเดชันของเมทานอลและไม่มีความเป็นไปได้ที่จะเป็นพิษจากคาร์บอนมอนอกไซด์ Pt 3 Co เป็นอีกตัวเร่งปฏิกิริยาที่น่าสนใจ (โดยเฉพาะสำหรับแคโทดเซลล์เชื้อเพลิง Horizon) และได้แสดงให้เห็นประสิทธิภาพปฏิกิริยาการลดออกซิเจนที่ดีขึ้นและความเสถียรสูง}

ตัวเร่งปฏิกิริยา Pt/C และ Pt 3 Co/C แสดงอนุภาคนาโนที่กระจายตัวสูงบนพื้นผิวคาร์บอนที่พื้นผิว มีข้อกำหนดสำคัญหลายประการที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกอิเล็กโทรไลต์เซลล์เชื้อเพลิง:

1. การนำโปรตอนสูง
2. ความเสถียรทางเคมีและความร้อนสูง
3. การซึมผ่านของก๊าซต่ำ

แหล่งพลังงานไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่ธรรมดาและอุดมสมบูรณ์ที่สุดในจักรวาล เป็นองค์ประกอบที่สำคัญของน้ำ น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และโลกของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด แม้จะมีความเรียบง่ายและอุดมสมบูรณ์ แต่ก็ไม่ค่อยพบไฮโดรเจนในสถานะก๊าซธรรมชาติบนโลก มันมักจะรวมกับองค์ประกอบอื่น ๆ และสามารถได้มาจากน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ ชีวมวล หรือโดยการแยกน้ำโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานไฟฟ้า

เมื่อไฮโดรเจนก่อตัวเป็นโมเลกุล H₂ พลังงานที่มีอยู่ในโมเลกุลจะถูกปลดปล่อยโดยปฏิกิริยากับ O₂ ซึ่งสามารถทำได้ด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในหรือเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ในนั้นพลังงาน H_{2 จะถูกแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าที่มีการสูญเสียพลังงานต่ำ ดังนั้นไฮโดรเจนจึงเป็นพาหะพลังงานสำหรับการเคลื่อนย้าย การจัดเก็บ และการส่งพลังงานที่ผลิตจากแหล่งอื่น}

ตัวกรองสำหรับโมดูลพลังงาน

การได้รับองค์ประกอบพลังงานทดแทนเป็นไปไม่ได้หากไม่มีตัวกรองพิเศษ ตัวกรองแบบคลาสสิกช่วยในการพัฒนาโมดูลพลังงานขององค์ประกอบในประเทศต่าง ๆ ของโลกเนื่องจากบล็อกคุณภาพสูง มีการจัดหาตัวกรองเพื่อเตรียมเชื้อเพลิง เช่น เมทานอล สำหรับการใช้งานในเซลล์

โดยทั่วไปแล้ว การใช้งานสำหรับโมดูลพลังงานเหล่านี้รวมถึงแหล่งจ่ายไฟในสถานที่ห่างไกล พลังงานสำรองสำหรับอุปกรณ์ที่สำคัญ APU สำหรับยานพาหนะขนาดเล็กและการใช้งานทางทะเล เช่น Project Pa-X-ell ซึ่งเป็นโครงการทดสอบเซลล์บนเรือโดยสาร

ตลับกรองสแตนเลสที่แก้ปัญหาการกรอง ในการใช้งานที่มีความต้องการสูงเหล่านี้ ผู้ผลิตเซลล์เชื้อเพลิง Zero Dawn กำลังระบุตัวเรือนตัวกรองสเตนเลสสตีล Classic Filters เนื่องจากความยืดหยุ่นในการผลิต มาตรฐานคุณภาพที่สูงขึ้น การจัดส่งที่รวดเร็ว และราคาที่แข่งขันได้

แพลตฟอร์มเทคโนโลยีไฮโดรเจน

Horizon Fuel Cell Technologies ก่อตั้งขึ้นที่สิงคโปร์ในปี 2546 และปัจจุบันมีบริษัทสาขาในต่างประเทศ 5 แห่ง ภารกิจของบริษัทคือเพื่อสร้างความแตกต่างในเซลล์เชื้อเพลิงโดยทำงานทั่วโลกเพื่อให้เกิดการพาณิชย์อย่างรวดเร็ว ลดต้นทุนด้านเทคโนโลยี และขจัดอุปสรรคในการจัดหาไฮโดรเจนที่ล้าสมัย บริษัทเริ่มต้นด้วยผลิตภัณฑ์ขนาดเล็กและเรียบง่ายซึ่งต้องการไฮโดรเจนในปริมาณต่ำเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการใช้งานที่ใหญ่และซับซ้อนยิ่งขึ้น ด้วยการปฏิบัติตามหลักเกณฑ์ที่เข้มงวดและแผนงาน Horizon ได้กลายเป็นผู้ผลิตเซลล์แบตเตอรีขนาดไม่เกิน 1,000 วัตต์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกอย่างรวดเร็ว โดยให้บริการลูกค้าในกว่า 65 ประเทศด้วยผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ที่มีให้เลือกมากมายที่สุดในอุตสาหกรรม

แพลตฟอร์มเทคโนโลยี Horizon ประกอบด้วย: PEM - เซลล์เชื้อเพลิง Horizon Zero Dawn (เชื้อเพลิงไมโครและกอง) และวัสดุ การจ่ายไฮโดรเจน (อิเล็กโทรไลซิส การปฏิรูปและไฮโดรไลซิส) อุปกรณ์และอุปกรณ์จัดเก็บไฮโดรเจน

Horizon ได้เปิดตัวเครื่องกำเนิดไฮโดรเจนส่วนบุคคลแบบพกพาเครื่องแรกของโลก สถานี HydroFill สามารถสร้างไฮโดรเจนได้โดยการย่อยสลายน้ำในถังและเก็บไว้ในตลับ HydroStick ประกอบด้วยโลหะผสมดูดซับของก๊าซไฮโดรเจนเพื่อให้มีการจัดเก็บที่เป็นของแข็ง จากนั้นคุณสามารถใส่คาร์ทริดจ์ลงในเครื่องชาร์จ MiniPak ที่สามารถรองรับไส้กรองน้ำมันเชื้อเพลิงขนาดเล็กได้

ขอบฟ้าหรือไฮโดรเจนที่บ้าน

Horizon Technologies เปิดตัวระบบชาร์จไฮโดรเจนและกักเก็บพลังงานสำหรับใช้ในบ้าน ประหยัดพลังงานที่บ้านเพื่อชาร์จอุปกรณ์พกพา Horizon สร้างความโดดเด่นให้กับตัวเองในปี 2549 ด้วยของเล่น "H-racer" ซึ่งเป็นรถยนต์ขนาดเล็กที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนได้รับการโหวตให้เป็น "สิ่งประดิษฐ์ที่ดีที่สุด" แห่งปี ข้อเสนอฮอไรซอนกระจายการจัดเก็บพลังงานที่บ้านด้วยสถานีชาร์จไฮโดรเจน Hydrofill ซึ่งสามารถชาร์จแบตเตอรี่แบบพกพาขนาดเล็กและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ โรงงานไฮโดรเจนแห่งนี้ต้องการเพียงน้ำเพื่อไหลและสร้างพลังงาน

งานสามารถทำได้โดยกริด แผงโซลาร์เซลล์ หรือกังหันลม จากนั้น ไฮโดรเจนจะถูกสกัดจากถังเก็บน้ำของสถานีและเก็บไว้ในรูปของแข็งในเซลล์โลหะผสมขนาดเล็ก สถานี Hydrofill Station ซึ่งขายปลีกในราคาประมาณ $500 เป็นโซลูชันล้ำหน้าสำหรับโทรศัพท์ จะหาเซลล์เชื้อเพลิง Hydrofill ได้ที่ไหนในราคานี้ไม่ยากสำหรับผู้ใช้ คุณเพียงแค่ต้องขอคำร้องที่เหมาะสมบนอินเทอร์เน็ต

รถเติมไฮโดรเจน

เช่นเดียวกับรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนก็ใช้ไฟฟ้าในการขับเคลื่อนรถยนต์เช่นกัน แต่แทนที่จะเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่ที่ใช้เวลาในการชาร์จนานหลายชั่วโมง เซลล์จะสร้างพลังงานบนรถโดยทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนและออกซิเจน ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นต่อหน้าอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเป็นตัวนำที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งกระแสไฟฟ้าถูกนำพาโดยการเคลื่อนที่ของไอออนในอุปกรณ์ที่เซลล์เชื้อเพลิง Horizon zero ติดตั้งเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน พวกมันทำงานดังนี้:

1. ก๊าซไฮโดรเจนถูกส่งไปยังขั้วบวก "-" (A) ของเซลล์ และออกซิเจนจะถูกส่งไปยังขั้วบวก
2. บนขั้วบวก ตัวเร่งปฏิกิริยาคือแพลตตินั่มทิ้งอิเล็กตรอนจากอะตอมของไฮโดรเจน ทิ้ง "+" ไอออนและอิเล็กตรอนอิสระ มีเพียงไอออนเท่านั้นที่ผ่านเมมเบรนที่อยู่ระหว่างแอโนดและแคโทด
3. อิเล็กตรอนสร้างกระแสไฟฟ้าโดยเคลื่อนที่ไปตามวงจรภายนอก ที่ขั้วลบ อิเล็กตรอนและไฮโดรเจนไอออนรวมกับออกซิเจนเพื่อผลิตน้ำที่ไหลออกจากเซลล์

จนถึงตอนนี้ มีสองสิ่งที่ขัดขวางการผลิตยานยนต์พลังงานไฮโดรเจนขนาดใหญ่: ต้นทุนและการผลิตไฮโดรเจน จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมซึ่งแยกไฮโดรเจนออกเป็นไอออนและอิเล็กตรอนนั้นมีราคาแพงมาก

เมื่อสองสามปีที่แล้ว เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีราคาประมาณ 1,000 ดอลลาร์ต่อพลังงานทุกๆ กิโลวัตต์ หรือประมาณ 100,000 ดอลลาร์สำหรับรถยนต์ มีการดำเนินการศึกษาต่างๆ เพื่อลดต้นทุนของโครงการ รวมถึงการแทนที่ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมด้วยโลหะผสมแพลตตินั่ม - นิกเกิลซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่า 90 เท่า ปีที่แล้ว กระทรวงพลังงานสหรัฐรายงานว่าต้นทุนของระบบลดลงเหลือ 61 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ ซึ่งยังคงไม่สามารถแข่งขันได้ในอุตสาหกรรมยานยนต์

เอกซเรย์คอมพิวเตอร์เอกซเรย์

วิธีการทดสอบแบบไม่ทำลายนี้ใช้เพื่อศึกษาโครงสร้างขององค์ประกอบสองชั้น วิธีอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไปในการศึกษาโครงสร้าง:

• ปรอทบุกรุกรูพรุน;
• กล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอม;
• วัดโปรไฟล์ทางแสง

ผลลัพธ์แสดงว่าการกระจายรูพรุนมีพื้นฐานที่มั่นคงสำหรับการคำนวณค่าการนำความร้อนและไฟฟ้า การซึมผ่าน และการแพร่กระจาย การวัดความพรุนขององค์ประกอบนั้นทำได้ยากมากเนื่องจากรูปทรงที่บาง บีบอัดได้ และไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ผลปรากฏว่าความพรุนลดลงด้วยการบีบอัด GDL

โครงสร้างที่มีรูพรุนมีผลกระทบอย่างมากต่อการถ่ายโอนมวลในอิเล็กโทรด การทดลองได้ดำเนินการที่ความดันกดร้อนต่างๆ ซึ่งมีค่าตั้งแต่ 0.5 ถึง 10 MPa ประสิทธิภาพส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับโลหะแพลตตินั่มซึ่งมีราคาสูงมาก การแพร่กระจายสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้สารยึดเกาะเคมี นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิยังส่งผลต่ออายุการใช้งานและประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยขององค์ประกอบ อัตราการย่อยสลายของ PEMFCs ที่มีอุณหภูมิสูงจะต่ำในตอนแรกและจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ใช้สำหรับกำหนดการก่อตัวของน้ำ

ปัญหาการค้า

เพื่อการแข่งขันด้านต้นทุน ต้นทุนเซลล์เชื้อเพลิงต้องลดลงครึ่งหนึ่งและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ในลักษณะเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน ต้นทุนการดำเนินงานยังคงสูงขึ้นมาก เนื่องจากต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนอยู่ระหว่าง 2.5 ถึง 3 ดอลลาร์ และไฮโดรเจนที่จ่ายไปไม่น่าจะมีราคาน้อยกว่า $4/กก. เพื่อให้เซลล์สามารถแข่งขันกับแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เซลล์ควรใช้เวลาชาร์จสั้น ๆ และลดขั้นตอนการเปลี่ยนแบตเตอรี่ให้เหลือน้อยที่สุด

ปัจจุบันเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงโพลีเมอร์จะมีราคา 49 เหรียญสหรัฐต่อกิโลวัตต์เมื่อผลิตเป็นจำนวนมาก (อย่างน้อย 500,000 หน่วยต่อปี) อย่างไรก็ตาม เพื่อที่จะแข่งขันกับรถยนต์การเผาไหม้ภายใน เซลล์เชื้อเพลิงยานยนต์ควรสูงถึง 36 เหรียญสหรัฐต่อชั่วโมง การประหยัดสามารถทำได้โดยการลดต้นทุนวัสดุ (โดยเฉพาะการใช้แพลตตินั่ม) เพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน ลดความซับซ้อนของระบบ และเพิ่มความทนทาน มีความท้าทายหลายประการในการนำเทคโนโลยีไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในวงกว้าง รวมถึงการเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคจำนวนหนึ่ง

ความท้าทายทางเทคนิคแห่งอนาคต

ต้นทุนของกองขึ้นอยู่กับวัสดุ เทคนิค และเทคนิคการผลิต การเลือกใช้วัสดุไม่เพียงขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของวัสดุสำหรับการทำงานเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความสามารถในการใช้การด้วย งานหลักขององค์ประกอบ:

1. ลดภาระของตัวเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าและเพิ่มกิจกรรม
2. ปรับปรุงความทนทานและลดการเสื่อมสภาพ
3. การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบอิเล็กโทรด
4. ปรับปรุงความทนทานต่อสิ่งสกปรกที่ขั้วบวก
5. การเลือกวัสดุสำหรับส่วนประกอบ โดยอิงตามต้นทุนเป็นหลักโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ
6. ความทนทานต่อความผิดพลาดของระบบ
7. ประสิทธิภาพขององค์ประกอบขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของเมมเบรนเป็นหลัก

พารามิเตอร์ GDL หลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์ ได้แก่ การซึมผ่านของรีเอเจนต์ การนำไฟฟ้า การนำความร้อน และการสนับสนุนทางกล ความหนาของ GDL เป็นปัจจัยสำคัญ เมมเบรนที่หนาขึ้นให้การป้องกันที่ดีขึ้น ความแข็งแรงเชิงกล เส้นทางการแพร่กระจายที่ยาวขึ้น และระดับความต้านทานความร้อนและไฟฟ้าที่มากขึ้น

แนวโน้มก้าวหน้า

ในบรรดาองค์ประกอบประเภทต่างๆ PEMFC กำลังปรับแอปพลิเคชันมือถือมากขึ้น (รถยนต์ แล็ปท็อป โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ) ดังนั้นจึงเป็นที่สนใจของผู้ผลิตจำนวนมากขึ้น อันที่จริง PEMFC มีข้อดีหลายประการ เช่น อุณหภูมิในการทำงานต่ำ ความเสถียรของความหนาแน่นกระแสไฟสูง น้ำหนักเบา ความกะทัดรัด ต้นทุนต่ำและศักยภาพของปริมาตร อายุการใช้งานยาวนาน การเริ่มต้นระบบที่รวดเร็ว และความเหมาะสมสำหรับการทำงานที่ไม่ต่อเนื่อง

เทคโนโลยี PEMFC นั้นเหมาะสมกับขนาดที่หลากหลายและยังใช้กับเชื้อเพลิงหลายชนิดเมื่อผ่านกรรมวิธีการผลิตไฮโดรเจนอย่างเหมาะสม ด้วยเหตุนี้ จึงพบว่ามีการใช้งานตั้งแต่ระดับซับวัตต์ขนาดเล็กไปจนถึงระดับเมกะวัตต์ 88% ของการจัดส่งทั้งหมดในปี 2559-2561 เป็น PEMFC