Паливний елемент

Це 16 липня 1969 року. Космічний корабель «Аполлон-11» злітає. Попереду довгий шлях, коли він подорожує космосом до Місяця. Для цієї подорожі, космічному кораблю знадобиться багато електроенергії для живлення всіх панелей керування і прилади на борту. Але звідки береться ця електрична енергія? Від цих спеціальних пристроїв які виробляють електроенергію — паливні елементи. Паливний елемент перетворює хімічну енергію палива в електричну енергію які потім можна використовувати для живлення електричних пристроїв. Це тип електрохімічної комірки. Давайте подивимося, як це працює. У самому центрі паливного елемента є розчин, через який можуть рухатися іони — електроліт. Електроліт затиснутий між двома електродами. Один електрод є негативним анодом, а інший є позитивним катодом. Два електроди з'єднані дротом. Паливо — найчастіше водень — подається на негативний анод. В аноді відбувається хімічна реакція: атоми водню розщеплюються на іони водню та електрони. Потім рухаються іони водню через електроліт на катод. Електрони також рухаються до катода, але зробити це через дріт що з’єднує два електроди. Це створює потік електрики. В катоді, іони водню та електрони з'єднуються з киснем що подається на катод. Ця реакція виробляє тепло і воду. Цей тип реакції робить виробництво електроенергії дуже ефективним. Отриману воду також можна використовувати космонавтами під час космічного польоту. Ось чому виклик палива був ідеальним способом для виробництва електроенергії під час місій Аполлон! Але паливні елементи мають інші переваги, що робить їх корисними для інших програм. Одне з таких застосувань – в автомобілях. На відміну від викопного палива, яке використовується в двигунах внутрішнього згоряння автомобілів, паливні елементи не виробляють шкідливих викидів. В електромобілях, паливні елементи дуже ефективно виробляють електроенергію. Це означає, що вони можуть мати довший діапазон ніж акумуляторні батареї. Не тільки це, заправка паливних елементів займає менше часу, ніж зарядка акумулятора. Паливні елементи з часом залишаються ефективними, і не такі шкідливі для утилізації в кінці свого життєвого циклу. Усе це робить паливні елементи хорошою альтернативою викопному паливу або до електричних автомобілів з акумулятором. Однак є деякі перешкоди, які потрібно подолати до того, як паливні елементи можна буде використовувати повсюдно. По-перше, отримання достатньої кількості водню є дорогим. Це також вимагає багато енергії яка в даний час надходить переважно з викопного палива. Крім того, існують певні проблеми безпеки, наприклад висока займистість водню. При змішуванні з повітрям, водневе паливо може легко згоріти або навіть вибухнути. Є паливні елементи, які використовують інший тип палива, але їх виробництво може бути ще дорожчим, або мати інші негативні наслідки. Нарешті, щоб паливні елементи стали більш поширеними, потрібно було б внести деякі корективи в поточні системи. Наприклад, потрібно будувати нові АЗС замість традиційних АЗС. Зростає потреба в ефективному виробництві електроенергії, а також більш екологічні рішення в транспорті. Тому зараз багато компаній працюють над розробкою технологій і пошук нових застосувань для паливних елементів, які могли б задовольнити ці потреби. Станом на 2021 рік у деяких місцях є поїзди та автобуси працює на водневих паливних елементах. І кілька експериментальних проектів на стадії розробки, тестування паливних елементів в літаках або промисловості. Технологія паливних елементів більше не призначена лише для космічних подорожей. Можливо, незабаром він стане доступним для всіх, прямо тут, на Землі!