المبادئ الأساسية وتطوير خلايا الوقود
خلية الوقود هي جهاز لتحويل الطاقة. يعتمد على مبدأ الكيمياء الكهربائية ، أي مبدأ عمل البطارية الأساسية. يتم تحويل الطاقة الكيميائية المخزنة في الوقود والأكسدة بشكل حراري إلى طاقة كهربائية ، والعملية الفعلية هي تفاعل الأكسدة والاختزال. تتكون خلية الوقود بشكل أساسي من أربعة أجزاء ، هي: الأنود والكاثود والكهارل والدوائر الخارجية. يتم إدخال غاز الوقود وغاز التأكسد على التوالي من الأنود والكاثود لخلية الوقود. ينبعث غاز الوقود الإلكترونات الموجودة في القطب الموجب ، ويتم إجراء الإلكترونات إلى الكاثود من خلال دائرة خارجية وتُجمع مع غاز التأكسد لتوليد أيونات. تحت تأثير حقل كهربائي ، تهاجر الأيونات إلى القطب الموجب عبر المنحل بالكهرباء ، وتتفاعل مع غاز الوقود ، وتشكل حلقة ، وتولد تيار كهربائي. في الوقت نفسه ، تولد خلية الوقود كمية معينة من الحرارة بسبب تفاعلها الكهروكيميائي والمقاومة الداخلية للبطارية. تعمل كاثودات البطارية ، بالإضافة إلى إجراء الإلكترونات ، كعامل مساعد لتفاعل الأكسدة والاختزال. عندما يكون الوقود عبارة عن هيدروكربون ، يكون الأنود مطلوبًا للقيام بنشاط حفاز أعلى. تكون الأنودات والكاثودات مسامية عادة لتسهيل مرور غازات التفاعل وتفريغ المنتج. وظائف المنحل بالكهرباء لنقل الأيونات وفصل غاز الوقود وغاز الأكسدة. من أجل منع خلط الغازين ، تتسبب الدائرة القصيرة الداخلية للبطارية ، وعادة ما يكون المنحل بالكهرباء بنية كثيفة.