Pin nhiên liệu hydro hoạt động như thế nào?

Pin nhiên liệu hydro là thiết bị điện hóa chuyển đổi năng lượng hóa học của hydro và oxy thành năng lượng điện, nhiệt và nước thông qua một quá trình gọi là điện phân. Dưới đây là lời giải thích đơn giản về cách thức hoạt động của pin nhiên liệu hydro:

1. Cung cấp hydro và oxy :

- Khí Hydro (H2) được cung cấp cho cực dương của pin nhiên liệu, còn oxy (O2) được cung cấp cho cực âm. Những loại khí này thường được cung cấp bởi các bể chứa bên ngoài hoặc các máy cải cách chiết hydro từ nhiên liệu như khí tự nhiên hoặc metanol.

2. Phản ứng cực dương (oxy hóa hydro) :

- Ở cực dương, phân tử hydro bị tách thành proton (H+) và electron (e-). Phản ứng này được xúc tác bởi chất xúc tác, thường được làm từ bạch kim hoặc hợp kim gốc bạch kim.

- Phản ứng hóa học ở anot là:

2H2 → 4H+ + 4e-

3. Màng trao đổi proton (PEM) :

- Giữa cực dương và cực âm là Màng trao đổi Proton (PEM). PEM là chất điện phân rắn cho phép các proton đi qua nhưng ngăn chặn dòng điện tử.

4. Phản ứng catôt (Khử oxy) :

- Ở cực âm, các phân tử oxy kết hợp với proton và electron tạo thành nước (H2O). Phản ứng này cũng được xúc tác bởi chất xúc tác, thường được làm từ bạch kim hoặc hợp kim gốc bạch kim.

- Phản ứng hóa học xảy ra ở catốt là:

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

5. Mạch điện :

- Các electron sinh ra ở cực dương chạy qua mạch ngoài tạo nên dòng điện. Dòng điện tử được dẫn tới các thiết bị cấp nguồn hoặc sạc pin.

6. Sản xuất nước và nhiệt :

- Là sản phẩm phụ của các phản ứng ở cực dương và cực âm, nước được tạo ra. Ngoài ra, một phần nhiệt cũng được tạo ra do các phản ứng điện hóa trong pin nhiên liệu.

Phản ứng tổng thể trong pin nhiên liệu hydro có thể được biểu diễn dưới dạng:

2H2 + O2 → 2H2O + Nhiệt + Điện Năng

Pin nhiên liệu hydro hoạt động liên tục miễn là có nguồn cung cấp hydro và oxy. Họ sản xuất điện thông qua các phản ứng điện hóa, với nước và nhiệt là sản phẩm phụ chính. Hiệu suất của pin nhiên liệu hydro có thể khá cao, khiến chúng trở thành công nghệ đầy hứa hẹn cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm vận tải, sản xuất điện và thiết bị di động.