Palivové články
Palivové články jsou jednou z klíčových součástí vodíkové ekonomiky. Palivový článek je zařízení, které při elektrochemické reakci přeměňuje chemickou energii kontinuálně přiváděného paliva s oxidačním činidlem na energii elektrickou. Oproti tepelným strojům s generátorem el. energie dosahují palivové články při výrobě elektrické energie vysokých účinností. Vysoká účinnost je dána zejména tím, že přeměna energie je přímá, nikoliv přes mezistupně (tepelnou a mechanickou), jako je tomu např. u spalovacích motorů. Oproti akumulátorům a bateriím je velká výhoda palivových článků v kontinuální elektrochemické reakci. Akumulátory a baterie jsou tak omezeny svou maximální úložnou kapacitou, ale palivové články budou dodávat elektrický proud, dokud budeme přivádět palivo obdobně jako je tomu u tepelných strojů.
Vývoj palivových článků (FC - fuel cell) se datuje od 19. století. První experimenty prováděl britský vědec Grove. Největší překážkou úspěšného vývoje palivových článků v té době však byla absence vhodných materiálů. Velký vývoj palivových článků byl odstartován v padesátých a šedesátých letech minulého století snahou o energetický zdroj pro nasazení ve vesmíru.
Typy palivových článků
V současné době je vyvíjeno několik typů palivových článků lišících se především chemickým složením elektrolytu, provozními teplotami a možným palivem. Nízkoteplotní palivové články jsou hlavně využívány v mobilních aplikacích k výrobě elektrické energie, vysokoteplotní články naopak převládají v kombinované výrobě tepla a elektrické energie v aplikacích stacionárních.
Princip palivových článků
Každý typ palivového článku má lehce jiný mechanismus provozu, ale zjednodušeně si princip palivového článku zkusíme vysvětlit na jednom z jednom z nejpoužívanějších palivových článků, a to s protonově vodivou membránou. Schéma tohoto palivového článku je ukázán na obrázku 2. Základem stavebním kamenem je jedna cela (buňka), která se skládá ze dvou elektrod na jejichž povrchu se nachází slabá vrstva uhlíku obsahujícím malé množství platiny (Pt), která zde slouží jako katalyzátor. Elektrody jsou od sebe odděleny tenkou polymerní membránou, která propouští výhradně kladně nabité ionty – protony.
Vodík je přiváděn na anodu, kde na vrstvě katalyzátoru dochází k jeho disociaci na protony a elektrony. Protony procházejí skrze polymerní membránu, elektrony jsou nuceny procházet externím okruhem a mohou konat užitečnou práci. Na katodě pak dochází ke sloučení protonů (prošlých skrze membránu), elektronů (z externího obvodu) a kyslíku (nejčastěji ze vzduchu) vzniká voda jako jediný produkt.
Trochu více si přiblížíme palivový článek s protonově vodivou membránou, protože to je typ článku, který využíváte ve svých RC modelech. Jako elektrolyt slouží iontoměničová polymerní membrána (většinou na bázi kyselých fluorovaných polymerů), která je výborným protonovým vodičem. Nejčastějším typem membrány je tzv. Nafion®, který je založený na základním řetězci z teflonu (velmi podobná molekula jako je na smažících pánvích) a funkční skupinou (obdoba kyseliny sírové) která zajišťuje průchod pouze protonů, jak je ukázáno na obrázku 3. Jako katalyzátor se využívá především Pt, případně Pt/Rh a jiné. Pro tento typ katalyzátorů je významným jedem CO, proto se musí zajistit, aby v palivu nebyla jeho koncentrace příliš vysoká.
V rámci tohoto úvodu k palivovým článkům se nebudeme detailně věnovat dalším typům palivových článků, ale pokud budete mít zájem dozvědět se více doporučuji navštívit tento odkaz na Wikipedii. Pro vaši představu, obrázek 4 jen velmi zjednodušeně ukazuje rozdílné principy provozu palivových článků na základě jejich typu.