Brandstofsel

'n Brandstofsel is 'n elektrochemiese toestel wat die chemiese energie van 'n reaksie omskakel na elektriese energie. Die brandstofsel skakel waterstof om na elektrisiteit deur die waterstof met suurstof te verbind, wat water as byproduk lewer. Die elektrisiteit word opgewek deur reaksies binne-in die sel wat 'n elektroliet bevat met 'n brandstof aan die anodekant en 'n oksideermiddel aan die katodekant. Die reagense vloei in die sel in en die reaksieprodukte vloei dan weer daaruit terwyl die elektroliet in die sel bly. Brandstofselle kan byna onafgebroke bly funksioneer solank die vloei instandgehou word.

'n Brandstofsel. Die brandstofsel is die vierkantige gedeelte in die middel van die foto.

Brandstofselle is anders as konvensionele elektrochemiese batteryselle deurdat hulle reagense uit 'n eksterne bron verbruik wat weer aangevul moet word.

Baie kombinasies van brandstowwe en oksideermiddels is moontlik. 'n Waterstofbrandstofsel gebruik waterstof as sy brandstof en suurstof (gewoonlik uit lug verkry) as die oksideermiddel. Ander brandstofselle sluit koolwaterstof- en alkoholselle in.

Ontwerp

Brandstofselle kan 'n verskeidenheid vorme aanneem maar hulle almal werk op dieselfde basiese manier. Hulle bestaan uit drie lae: die anode, die elektroliet en die katode. Die chemiese reaksies vind plaas op die raakvlakke van die drie segmente. Die netto resultaat van die twee reaksies is dat brandstof verbruik word, water en koolstofdioksied vrygestel word en 'n elektriese stroom wat opgewek word.

By die anode vind die oksidasie van die brandstof (gewoonlik waterstof) met behulp van 'n katalisator plaas. Dit verander die brandstof in positief gelaaide ione en negatief gelaaide elektrone. Die elektroliete is 'n stof spesifiek ontwerp sodat ione daardeur kan beweeg, maar nie elektrone nie. Die vrygestelde elektrode beweeg deur 'n geleier en wek sodoende 'n elektriese stroom op. Die ione beweeg deur die elektroliet na die katode. By die katode word die elektrode vrygestel waar die oksideermiddel gewoonlik suurstof met die ione reageer om 'n derde stof gewoonlik water of koolstofdioksied te vorm.

Die belangrikste kenmerke van brandstofselle is:

• Die elektroliet definieer gewoonlik die soort brandstofsel.
• Die brandstof wat gebruik word. Die algemene brandstof is waterstof.
• Die anode-katalisator wat die brandstof afbreek na elektrone en ione. Die katalisator word gewoonlik gemaak van fyn verdeelde platinumpoeier.
• Die katode-katalisator wat die ione omskakel soos water en koolstofdioksied. Die katode katalisator word dikwels van nikkel gemaak.

'n Tipiese brandstofsel veroorsaak 'n spanningsverskil van 0.6 V tot 0.7 V teen volvrag. Die spanning neem af soos die stroom toeneem vanweë verskeie faktore:

• Aktiveringsverliese
• Interne Weerstandsverliese
• Massa-oordragsverliese (die vermindering van beskikbare reaksie-oppervlak op die katalisator met 'n hoë las wat 'n spanningsverlies tot gevolg het).

Om die verlangde hoeveelheid energie te lewer kan die brandstofselle in serie- of parallelle stroombane geskakel word. So 'n ontwerp word 'n brandstofselstapel genoem. Elke sel se oppervlak kan ook vergroot word om 'n sterker elektriese stroom per sel te lewer.