燃料電池は、電気化学反応を利用して燃料から電気エネルギーを生成する電気化学電池と考えることができます。これらのセルは、電気 (通常は酸素) を生成する反応を維持するために、一定の燃料供給と酸化剤の存在を必要とします。その結果、燃料と酸素の供給が中断されるまで、これらのセルは無期限に電気を生成し続けます。
燃料電池の働き
水素を電気に変換する装置である燃料電池を使用して、水素と酸素の反応から電気を生成することができます。このタイプのセルはアポロ宇宙計画で使用され、2 つの異なる機能を果たしました。それは、燃料源として、同時に飲料水源としても機能しました。
水素ガスと酸素ガスは、この燃料電池の炭素電極によって水酸化ナトリウムの濃縮溶液に移され、その役割を果たしました。以下は、セルの応答を記述する方法の例です:
カソード反応:O2 + 2H2O – 4e– + 4OH–
陽極反応:2H2 + 4OH– – 4H2O + 4e–
正味の細胞反応:2H2 + O2 – 2H2O + 4e–
一方、この電気化学反応の反応速度は非常に遅いです。この問題は、とりわけプラチナやパラジウムなどの触媒の助けを借りて解決できます。電極に組み込む前に、電極の有効表面積を増やすために、触媒を細かく分割します。
燃料電池の種類
1) 高分子電解質膜 (PEM) 燃料電池
•プロトン交換膜燃料電池としても知られるこれらのセルは、発電に使用されます (または PEMFC)。
これらのセルが動作する温度範囲は、モデルによって 50°C から 100°C です。
•PEMFC で使用される電解質は、プロトンを伝導する能力を持つポリマーです。
•典型的な PEM 燃料電池は、バイポーラ プレート、触媒、電極、高分子膜などのコンポーネントで構成されています。
2) リン酸燃料電池
•これらの燃料電池の電解質としてのリン酸の使用は、H++ のチャネリングに基づいています。
•このタイプのセルは、通常の動作時に 150°C から 200°C の範囲の温度で動作します。
•リン酸は非導電性であるため、電子は機能するために外部回路を通ってカソードに到達する必要があります。
3) 固体酸燃料電池
•これらの燃料電池の電解質として、固体酸材料が触媒として使用されます。
•これらの固体酸の分子構造は、低温に加熱すると秩序化されます。
•温度が特定のポイントを超えて上昇すると、相転移が発生し、導電率が大幅に増加します。
燃料電池の利点
1) 安定性が向上:燃料電池は、セル内およびセル周辺のさまざまな部品の動きが最小限に抑えられるように設計されています。そのため、通常の携帯電話よりも信頼性が高く便利です。
2) 燃料電池で原子を分離してエネルギーを生成するプロセスは、非常にクリーンで人間工学的であるため、天然資源の節約に役立ちます。その結果、天然資源に有益です。
3) 燃料電池は、他の技術と組み合わせると最も人間工学に基づいたソリューションであり、無料で提供されます。タービンとソーラー パネルの独自の組み合わせを設計することができます。その結果、補完的なものとして確立されました。
4) 燃料電池は拡張可能です。つまり、数ミリワットから数メガワットの範囲の電気を生成できます。また、携帯電話や家庭など、さまざまな電化製品の電源にも貢献しています。その結果、簡単にスケーリングできます。
微生物燃料電池
微生物燃料電池 (MFC としても知られています) は生物電気化学燃料電池システムの一種で、還元された化合物 (燃料または電子供与体としても知られています) の微生物学的酸化によって生成された電子を転換することによって電流を生成します。外部電気回路を介して、アノードからカソード上の酸素などの高エネルギー酸化化合物 (酸化剤または電子受容体としても知られています) に接続します。 MFC は、仲介型と非仲介型の 2 つの一般的なカテゴリに分類できます。
腐食
腐食は、錆びるプロセスと定義されています。腐食の定義によれば、純粋な金属が水や空気などの他の物質と反応したときに、望ましくない物質に変化する自然なプロセスです。は次のように説明されています:金属が環境と接触すると、この反応は損傷または分解を引き起こし、時間の経過とともに金属の大部分全体に広がり、最終的には機能しなくなります。
腐食の例
鉄鉱石が湿った空気中に存在する酸素と接触すると、二酸化炭素が形成される結果、鉄鉱石の上に茶色の被膜が形成されます。鉄鉱石が湿った空気中の酸素と接触すると、その上に茶色の被膜が形成されます。鉄の錆びは、このプロセスを説明するために使用される用語です。
次の手順に従うことで、腐食を防ぐことができます:
以下に示す腐食防止のポイントは、さまざまな方法で腐食を防止する方法を示しています。
亜鉛メッキ
この工程では、鉄の表面に亜鉛の薄い層が塗布されます。これは通常、鉄の棒を溶融亜鉛に浸すことによって行われます (図を参照)。鉄の内部は、その上に適用された亜鉛層によって腐食から保護されています.
再塗装と注油
金属表面にグリースまたは塗料の層を塗布すると、金属が外部環境にさらされるのを防ぎ、腐食を防ぐことができます。
結論
燃料電池は、電気化学反応を利用して燃料から電気エネルギーを生成する電気化学電池と考えることができます。これらのセルは、電気 (通常は酸素) を生成する反応を維持するために、一定の燃料供給と酸化剤の存在を必要とします。燃料電池の種類は–
(1)PEM燃料電池
(2)リン酸燃料電池
(3)固体酸燃料電池。
燃料電池は、セル内およびセル周辺のさまざまな部品の動きを最小限に抑えるように設計されています。したがって、それらは標準的な携帯電話よりも信頼性が高く便利です。腐食は、錆びるプロセスとして定義されます。水や空気などの他の物質と反応したときに、純粋な金属が望ましくない物質に変化する自然なプロセスです。
