Водородные топливные элементы — это устройство преобразования энергии, непрерывно превращающее химическую энергию водорода и кислорода в электрическую. Водородные топливные элементы работают с более высоким КПД, чем двигатели внутреннего сгорания: эффективность преобразования электрической энергии составляет 60% и выше при меньших выбросах. Единственный продукт выработки электроэнергии в водородном топливном элементе — вода, поэтому в процессе работы нет выбросов углекислого газа и загрязняющих веществ.
Водородный топливный элемент состоит из трёх смежных частей: анода, электролита и катода. Когда водород окисляется на аноде, образуются катионы, которые мигрируют через электролит к катоду, и свободные электроны, которые текут по внешней цепи. На катоде происходит восстановительная реакция: кислород восстанавливается катионами и электронами до воды.
По типу используемого электролита топливные элементы делятся на щелочные (AFC), с протонообменной мембраной (PEMFC), фосфорнокислотные (PAFC), с расплавленным карбонатом (MCFC) и твердооксидные (SOFC). Классификация и характеристики топливных элементов приведены в таблице ниже.
| Тип | AFC | PEMFC | PAFC | MCFC | SOFC |
|---|---|---|---|---|---|
| Электролит | KOH | Перфторсульфоновая ионообменная мембрана | H3PO4 | Li2CO3-K2CO3 | Y2O3-ZrO2 |
| Катализатор | Платина/рутений | Платина/рутений | Платина | Оксид никеля | Никель |
| Рабочая температура | 65–220 °C | −40–90 °C | 150–200 °C | 650–700 °C | 600–1000 °C |
| Теоретическое напряжение | 1,18 В | 1,18 В | 1 В | 1,116 В | 1,13 В |
| КПД системы | 60%–70% | 43%–68% | 40%–55% | 55%–65% | 55%–65% |
Дополнительная информация о технологии водородных топливных элементов:
https://baike.baidu.com/item/Hydrogen Fuel Cell/10964013