Co to jest ogniwo paliwowe?

Spis treści

• Zasada działania
• Rodzaje ogniw paliwowych
• Zastosowania i perspektywy rozwoju

Ogniwo paliwowe to urządzenie elektrochemiczne, które zamienia energię chemiczną paliwa bezpośrednio na energię elektryczną poprzez reakcję z utleniaczem. Proces ten odbywa się bez udziału spalania, co sprawia, że technologia ta jest bardziej wydajna i korzystniejsza dla środowiska niż tradycyjne sposoby pozyskiwania energii.

Zasada działania

Podstawą pracy ogniwa paliwowego jest reakcja elektrochemiczna zachodząca pomiędzy wodorem a tlenem. Urządzenie składa się z dwóch elektrod – anody oraz katody – oddzielonych membraną elektrolityczną. Na anodzie dochodzi do utleniania wodoru, w wyniku czego powstają protony oraz elektrony. Protony przechodzą przez elektrolit do katody, natomiast elektrony płyną przez zewnętrzny obwód, generując prąd elektryczny.

Przeczytaj również: Jak działają ogniwa wodorowe?

Na katodzie następuje redukcja tlenu, który łączy się z protonami i elektronami, tworząc wodę jako jedyny produkt uboczny. Cały proces przebiega w temperaturze znacznie niższej niż podczas spalania, co umożliwia osiągnięcie wysokiej efektywności energetycznej, sięgającej nawet 60 procent.

Przeczytaj również: Jak działa ogniwo paliwowe?

Elektrolit odgrywa istotną rolę w funkcjonowaniu ogniwa, umożliwiając transport jonów pomiędzy elektrodami przy jednoczesnym uniemożliwieniu przepływu elektronów. W zależności od rodzaju zastosowanego elektrolitu wyróżnia się różne typy ogniw paliwowych, które pracują w odmiennych zakresach temperatur i mają rozmaite zastosowania.

Przeczytaj również: Jak zrobić ogniwo wodorowe?

Rodzaje ogniw paliwowych

Ogniwa paliwowe dzieli się przede wszystkim ze względu na rodzaj użytego elektrolitu. Ogniwa z membraną wymiany protonów wykorzystują polimerową przegrodę i działają w niskich temperaturach, dzięki czemu sprawdzają się w zastosowaniach mobilnych, takich jak napęd pojazdów elektrycznych. Cechują się szybkim uruchamianiem oraz dużą gęstością mocy.

Ogniwa z kwasem fosforowym pracują w średnich temperaturach i są wykorzystywane w stacjonarnych systemach energetycznych. Z kolei ogniwa z węglanem stopionym oraz ogniwa z tlenkiem stałym funkcjonują w wysokich temperaturach, co pozwala na stosowanie różnych rodzajów paliw, w tym gazu ziemnego czy biogazu.

Zastosowania i perspektywy rozwoju

Technologia ogniw paliwowych znajduje zastosowanie w wielu gałęziach gospodarki. W transporcie służy do napędu autobusów, samochodów osobowych oraz pociągów zasilanych wodorem. Przemysł morski testuje napędy wodorowe dla statków, a sektor lotniczy analizuje możliwości wdrożenia tej technologii w samolotach.

W energetyce stacjonarnej ogniwa paliwowe wykorzystywane są jako źródła zasilania awaryjnego, elementy systemów kogeneracyjnych oraz w rozproszonych elektrowniach. Mniejsze ogniwa znajdują zastosowanie w urządzeniach przenośnych, takich jak komputery przenośne czy telefony komórkowe, zapewniając dłuższy czas pracy niż tradycyjne akumulatory.

Najważniejsze wyzwania technologiczne obejmują redukcję kosztów produkcji, wydłużenie żywotności oraz rozwój infrastruktury związanej z wodorem. Postęp w dziedzinie materiałoznawstwa, zwłaszcza w zakresie katalizatorów i membran, przyczynia się do stopniowego eliminowania tych trudności oraz zwiększania konkurencyjności ogniw paliwowych wobec innych rozwiązań energetycznych.