Jak działają ogniwa wodorowe?

Spis treści

• Budowa i podstawowe elementy
• Proces wytwarzania energii
• Rodzaje ogniw i zastosowania

Ogniwa wodorowe należą do najbardziej perspektywicznych rozwiązań w dziedzinie energetyki stosowanych obecnie w przemyśle. Pozwalają na bezpośrednią zamianę energii chemicznej wodoru w energię elektryczną poprzez proces odwróconej elektrolizy.

Budowa i podstawowe elementy

Każde ogniwo wodorowe składa się z trzech zasadniczych części: anody, katody oraz elektrolitu umieszczonego pomiędzy nimi. Anoda pełni rolę elektrody ujemnej, gdzie zachodzi utlenianie wodoru, natomiast katoda jest elektrodą dodatnią, na której dochodzi do redukcji tlenu. Elektrolit umożliwia przepływ jonów pomiędzy elektrodami, jednocześnie uniemożliwiając bezpośredni przepływ elektronów.

Przeczytaj również: Jak działa ogniwo paliwowe?

Błona elektrolityczna stanowi istotny element funkcjonowania całego układu. W najczęściej stosowanych ogniwach z membraną wymiany protonowej wykorzystuje się specjalną warstwę polimerową, która przepuszcza wyłącznie protony wodoru. Elektrody pokryte są katalizatorem, zazwyczaj platyną, który przyspiesza reakcje chemiczne zachodzące w ogniwie.

Przeczytaj również: Co to jest ogniwo paliwowe?

Proces wytwarzania energii

Zasada działania opiera się na kontrolowanej reakcji pomiędzy wodorem a tlenem. Na anodzie cząsteczki wodoru rozpadają się na protony i elektrony pod wpływem katalizatora. Protony przechodzą przez błonę elektrolityczną w kierunku katody, natomiast elektrony przemieszczają się przez zewnętrzny obwód elektryczny, generując prąd.

Przeczytaj również: Jak zrobić ogniwo wodorowe?

Na katodzie protony łączą się z elektronami oraz tlenem pobranym z powietrza, tworząc wodę jako jedyny produkt uboczny tej reakcji. Cały proces przebiega w temperaturze znacznie niższej niż podczas spalania, co umożliwia osiągnięcie wysokiej efektywności energetycznej na poziomie 40-60 procent.

Rodzaje ogniw i zastosowania

Współczesne technologie energetyczne i przemysłowe wykorzystują różnorodne typy ogniw wodorowych, dostosowane do specyficznych potrzeb. Ogniwa z membraną wymiany protonowej wyróżniają się szybkim uruchamianiem oraz dużą gęstością mocy, dzięki czemu doskonale sprawdzają się jako źródło napędu pojazdów. Z kolei ogniwa tlenkowe pracują w wysokich temperaturach i są wykorzystywane głównie w stacjonarnych systemach energetycznych.

Najważniejsze obszary zastosowań obejmują:

• transport drogowy, kolejowy oraz morski
• stacjonarne instalacje energetyczne dla budynków
• awaryjne źródła zasilania dla zakładów przemysłowych
• sprzęt przenośny oraz urządzenia elektroniczne

Ogniwa wodorowe są szczególnie użyteczne tam, gdzie wymagana jest długotrwała praca bez konieczności częstego uzupełniania paliwa. W przeciwieństwie do tradycyjnych akumulatorów, tankowanie wodoru trwa jedynie kilka minut, a pojazdy napędzane tym paliwem mogą pokonać ponad 500 kilometrów na jednym napełnieniu zbiornika.