Κυψέλες καυσίμου: τύποι, αρχή λειτουργίας και χαρακτηριστικά

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 13:52

Το υδρογόνο είναι καθαρό καύσιμο καθώς παράγει μόνο νερό και παρέχει καθαρή ενέργεια χρησιμοποιώντας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Μπορεί να αποθηκευτεί σε κυψέλη καυσίμου που παράγει ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας μια συσκευή ηλεκτροχημικής μετατροπής. Το υδρογόνο είναι η πηγή της επαναστατικής ενέργειας του μέλλοντος, αλλά η ανάπτυξή του εξακολουθεί να είναι πολύ περιορισμένη. Λόγοι: ενέργεια που είναι δύσκολο να παραχθεί, αποδοτικότητα κόστους και αμφίβολο ενεργειακό ισοζύγιο λόγω του ενεργοβόρου χαρακτήρα του σχεδιασμού. Αλλά αυτή η επιλογή ενέργειας προσφέρει ενδιαφέρουσες προοπτικές όσον αφορά την αποθήκευση ενέργειας, ειδικά όταν πρόκειται για ανανεώσιμες πηγές.

Fuel Cell Pioneers

Η ιδέα αποδείχθηκε αποτελεσματικά από τον Humphry Davy στις αρχές του δέκατου ένατου αιώνα. Ακολούθησε το πρωτοποριακό έργο του Christian Friedrich Schonbein το 1838. Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, η NASA, σε συνεργασία με βιομηχανικούς εταίρους, άρχισε να αναπτύσσει γεννήτριεςαυτού του τύπου για επανδρωμένες διαστημικές πτήσεις. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα το πρώτο μπλοκ του PEMFC.

Ένας άλλος ερευνητής της GE, ο Leonard Nidrach, αναβάθμισε το PEMFC της Grubb χρησιμοποιώντας πλατίνα ως καταλύτη. Το Grubb-Niedrach αναπτύχθηκε περαιτέρω σε συνεργασία με τη NASA και χρησιμοποιήθηκε από το διαστημικό πρόγραμμα Gemini στα τέλη της δεκαετίας του 1960. Η International Fuel Cells (IFC, αργότερα UTC Power) ανέπτυξε τη συσκευή 1,5 kW για διαστημικές πτήσεις Apollo. Παρείχαν ηλεκτρισμό καθώς και πόσιμο νερό στους αστροναύτες κατά τη διάρκεια της αποστολής τους. Στη συνέχεια, το IFC ανέπτυξε τις μονάδες 12 kW που χρησιμοποιούνται για την παροχή ισχύος επί του σκάφους για όλες τις πτήσεις διαστημικών σκαφών.

Το στοιχείο του αυτοκινήτου εφευρέθηκε για πρώτη φορά από τον Grulle τη δεκαετία του 1960. Η GM χρησιμοποίησε την Union Carbide στο αυτοκίνητο «Electrovan». Χρησιμοποιήθηκε μόνο ως εταιρικό αυτοκίνητο, αλλά μπορούσε να ταξιδέψει έως και 120 μίλια με γεμάτο ρεζερβουάρ και να φτάσει ταχύτητες έως και 70 μίλια την ώρα. Οι Kordesch και Grulke πειραματίστηκαν με μια μοτοσικλέτα υδρογόνου το 1966. Ήταν ένα υβρίδιο κυττάρων με μπαταρία NiCad σε συνδυασμό που πέτυχε εντυπωσιακά 1,18 λίτρα/100 χλμ. Αυτή η κίνηση έχει προηγμένη τεχνολογία e-bike και εμπορευματοποίηση ηλεκτρονικών μοτοσυκλετών.

Το 2007, οι πηγές καυσίμων διατέθηκαν στο εμπόριο σε μια μεγάλη ποικιλία τομέων, άρχισαν να πωλούνται σε τελικούς χρήστες με γραπτές εγγυήσεις και δυνατότητες σέρβις, π.χ. πληρούν τις απαιτήσεις και τα πρότυπα μιας οικονομίας της αγοράς. Έτσι, ορισμένα τμήματα της αγοράς άρχισαν να επικεντρώνονται στη ζήτηση. Συγκεκριμένα, χιλιάδες βοηθητική ισχύΟι μονάδες PEMFC και DMFC (APU) έχουν εμπορευματοποιηθεί σε εφαρμογές ψυχαγωγίας: βάρκες, παιχνίδια και κιτ εκπαίδευσης.

Το Horizon τον Οκτώβριο του 2009 παρουσίασε το πρώτο εμπορικό ηλεκτρονικό σύστημα Dynario που λειτουργεί με φυσίγγια μεθανόλης. Οι κυψέλες καυσίμου Horizon μπορούν να φορτίζουν κινητά τηλέφωνα, συστήματα GPS, κάμερες ή ψηφιακές συσκευές αναπαραγωγής μουσικής.

Διαδικασίες παραγωγής υδρογόνου

Οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου είναι ουσίες που περιέχουν υδρογόνο ως καύσιμο. Το καύσιμο υδρογόνου είναι ένα καύσιμο μηδενικών εκπομπών που απελευθερώνει ενέργεια κατά την καύση ή μέσω ηλεκτροχημικών αντιδράσεων. Οι κυψέλες καυσίμου και οι μπαταρίες παράγουν ηλεκτρισμό μέσω μιας χημικής αντίδρασης, αλλά οι πρώτες θα παράγουν ενέργεια όσο υπάρχει καύσιμο, με αποτέλεσμα να μην χάνει ποτέ το φορτίο.

Οι θερμικές διεργασίες για την παραγωγή υδρογόνου συνήθως περιλαμβάνουν αναμόρφωση ατμού, μια διαδικασία υψηλής θερμοκρασίας όπου ο ατμός αντιδρά με μια πηγή υδρογονάνθρακα για να απελευθερώσει υδρογόνο. Πολλά φυσικά καύσιμα μπορούν να αναμορφωθούν για να παράγουν υδρογόνο.

Σήμερα περίπου το 95% του υδρογόνου παράγεται από αναμόρφωση αερίου. Το νερό διασπάται σε οξυγόνο και υδρογόνο με ηλεκτρόλυση, σε μια συσκευή που λειτουργεί σαν κυψέλη καυσίμου μηδενικού Horizon αντίστροφα.

Διαδικασίες που βασίζονται στην ηλιακή ενέργεια

Χρησιμοποιούν το φως ως παράγοντα για την παραγωγή υδρογόνου. Υπάρχειδιάφορες διαδικασίες που βασίζονται σε ηλιακά πάνελ:

1. φωτοβιολογικό;
2. φωτοηλεκτροχημική;
3. sunny;
4. θερμοχημική.

Οι φωτοβιολογικές διεργασίες χρησιμοποιούν τη φυσική φωτοσυνθετική δραστηριότητα βακτηρίων και πράσινων φυκών.

Οι φωτοηλεκτροχημικές διεργασίες είναι εξειδικευμένοι ημιαγωγοί για το διαχωρισμό του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο.

Η θερμοχημική ηλιακή παραγωγή υδρογόνου χρησιμοποιεί συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια για την αντίδραση διαχωρισμού του νερού μαζί με άλλα είδη όπως οξείδια μετάλλων.

Οι βιολογικές διεργασίες χρησιμοποιούν μικρόβια όπως βακτήρια και μικροφύκη και μπορούν να παράγουν υδρογόνο μέσω βιολογικών αντιδράσεων. Στη μετατροπή της μικροβιακής βιομάζας, τα μικρόβια διασπούν οργανική ύλη όπως η βιομάζα, ενώ στις φωτοβιολογικές διεργασίες, τα μικρόβια χρησιμοποιούν το φως του ήλιου ως πηγή.

Στοιχεία γενιάς

Οι συσκευές των στοιχείων αποτελούνται από πολλά μέρη. Κάθε ένα έχει τρία κύρια συστατικά:

• άνοδος;
• κάθοδος;
• αγώγιμος ηλεκτρολύτης.

Στην περίπτωση των κυψελών καυσίμου Horizon, όπου κάθε ηλεκτρόδιο είναι κατασκευασμένο από υλικό μεγάλης επιφάνειας εμποτισμένο με καταλύτη από κράμα πλατίνας, το υλικό του ηλεκτρολύτη είναι μια μεμβράνη και χρησιμεύει ως αγωγός ιόντων. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας οδηγείται από δύο πρωτεύουσες χημικές αντιδράσεις. Για στοιχεία που χρησιμοποιούν καθαρόH_2.

Το αέριο υδρογόνο στην άνοδο διασπάται σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Τα πρώτα μεταφέρονται μέσω της μεμβράνης του ηλεκτρολύτη και τα δεύτερα ρέουν γύρω από αυτήν, παράγοντας ηλεκτρικό ρεύμα. Τα φορτισμένα ιόντα (H + και e -) συνδυάζονται με το O_{2 στην κάθοδο, απελευθερώνοντας νερό και θερμότητα. Τα πολλά περιβαλλοντικά ζητήματα που επηρεάζουν τον κόσμο σήμερα κινητοποιούν την κοινωνία για να επιτύχει βιώσιμη ανάπτυξη και πρόοδο προς την προστασία του πλανήτη. Εδώ στο πλαίσιο, ο βασικός παράγοντας είναι η αντικατάσταση των πραγματικών βασικών ενεργειακών πόρων με άλλους που μπορούν να ικανοποιήσουν πλήρως τις ανθρώπινες ανάγκες.}

Τα εν λόγω στοιχεία είναι ακριβώς μια τέτοια συσκευή, χάρη στην οποία αυτή η πτυχή βρίσκει την πιο πιθανή λύση, καθώς είναι δυνατή η λήψη ηλεκτρικής ενέργειας από καθαρό καύσιμο με υψηλή απόδοση και χωρίς εκπομπές CO_2.

Καταλύτες πλατίνας

Η πλατίνα είναι ιδιαίτερα ενεργή για την οξείδωση του υδρογόνου και συνεχίζει να είναι το πιο κοινό ηλεκτροκαταλυτικό υλικό. Ένας από τους κύριους τομείς έρευνας του Horizon με χρήση κυψελών καυσίμου με μειωμένη πλατίνα είναι η αυτοκινητοβιομηχανία, όπου σχεδιάζονται στο εγγύς μέλλον κατασκευασμένοι καταλύτες από νανοσωματίδια πλατίνας που υποστηρίζονται από αγώγιμο άνθρακα. Αυτά τα υλικά έχουν το πλεονέκτημα των νανοσωματιδίων υψηλής διασποράς, της υψηλής ηλεκτροκαταλυτικής επιφάνειας (ESA) και της ελάχιστης ανάπτυξης σωματιδίων σε υψηλές θερμοκρασίες, ακόμη και σε υψηλότερα επίπεδα φόρτωσης Pt.

Τα κράματα που περιέχουν Pt είναι χρήσιμα για συσκευές που λειτουργούν με εξειδικευμένες πηγές καυσίμου όπως η μεθανόλη ή η αναμόρφωση (H₂, CO₂, CO και N_{2). Τα κράματα Pt/Ru έχουν δείξει βελτιωμένη απόδοση σε σχέση με τους καθαρούς ηλεκτροχημικούς καταλύτες Pt όσον αφορά την οξείδωση μεθανόλης και καμία πιθανότητα δηλητηρίασης από μονοξείδιο του άνθρακα. Το Pt 3 Co είναι ένας άλλος καταλύτης ενδιαφέροντος (ειδικά για τις καθόδους κυψελών καυσίμου Horizon) και έχει δείξει βελτιωμένη απόδοση αντίδρασης μείωσης οξυγόνου καθώς και υψηλή σταθερότητα.}

Καταλύτες Pt/C και Pt 3 Co/C που εμφανίζουν νανοσωματίδια υψηλής διασποράς σε επιφανειακά υποστρώματα άνθρακα. Υπάρχουν πολλές βασικές απαιτήσεις που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή ενός ηλεκτρολύτη κυψελών καυσίμου:

1. Υψηλή αγωγιμότητα πρωτονίων.
2. Υψηλή χημική και θερμική σταθερότητα.
3. Χαμηλή διαπερατότητα αερίων.

Πηγή ενέργειας υδρογόνου

Το υδρογόνο είναι το απλούστερο και πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν. Είναι σημαντικό συστατικό του νερού, του πετρελαίου, του φυσικού αερίου και ολόκληρου του ζωντανού κόσμου. Παρά την απλότητα και την αφθονία του, το υδρογόνο σπάνια βρίσκεται στη φυσική του αέρια κατάσταση στη Γη. Συνδυάζεται σχεδόν πάντα με άλλα στοιχεία. Και μπορεί να προέρχεται από πετρέλαιο, φυσικό αέριο, βιομάζα ή με διαχωρισμό του νερού χρησιμοποιώντας ηλιακή ή ηλεκτρική ενέργεια.

Μόλις σχηματιστεί το υδρογόνο ως μοριακό H₂, η ενέργεια που υπάρχει στο μόριο μπορεί να απελευθερωθεί με αλληλεπίδρασημε O₂. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί είτε με κινητήρες εσωτερικής καύσης είτε με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου. Σε αυτά, η ενέργεια H_{2 μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα με χαμηλές απώλειες ισχύος. Έτσι, το υδρογόνο είναι ένας φορέας ενέργειας για τη μετακίνηση, την αποθήκευση και την παροχή ενέργειας που παράγεται από άλλες πηγές.}

Φίλτρα για μονάδες ισχύος

Η απόκτηση στοιχείων εναλλακτικής ενέργειας είναι αδύνατη χωρίς τη χρήση ειδικών φίλτρων. Τα κλασικά φίλτρα βοηθούν στην ανάπτυξη μονάδων ισχύος στοιχείων σε διάφορες χώρες του κόσμου λόγω των μπλοκ υψηλής ποιότητας. Παρέχονται φίλτρα για την προετοιμασία καυσίμου όπως η μεθανόλη για εφαρμογές κυψελών.

Τυπικά, οι εφαρμογές για αυτές τις μονάδες ισχύος περιλαμβάνουν τροφοδοσία σε απομακρυσμένες τοποθεσίες, εφεδρική ισχύ για κρίσιμα αναλώσιμα, APU σε μικρά οχήματα και θαλάσσιες εφαρμογές όπως το Project Pa-X-ell, το οποίο είναι ένα έργο δοκιμής κυψελών σε επιβατηγά πλοία.

Κελύφη φίλτρων από ανοξείδωτο χάλυβα που λύνουν προβλήματα φιλτραρίσματος. Σε αυτές τις απαιτητικές εφαρμογές, οι κατασκευαστές κυψελών καυσίμου μηδενικής αυγής καθορίζουν περιβλήματα φίλτρων από ανοξείδωτο χάλυβα Classic Filters λόγω της ευελιξίας παραγωγής, των υψηλότερων προτύπων ποιότητας, των γρήγορων παραδόσεων και των ανταγωνιστικών τιμών.

Πλατφόρμα τεχνολογίας υδρογόνου

Η Η Horizon Fuel Cell Technologies ιδρύθηκε στη Σιγκαπούρη το 2003 και σήμερα διαθέτει 5 διεθνείς θυγατρικές. Η αποστολή της εταιρείας είναινα κάνει τη διαφορά στις κυψέλες καυσίμου δουλεύοντας σε παγκόσμιο επίπεδο για την επίτευξη ταχείας εμπορευματοποίησης, χαμηλότερο κόστος τεχνολογίας και εξάλειψη των παλιών φραγμών στην παροχή υδρογόνου. Η εταιρεία ξεκίνησε με μικρά και απλά προϊόντα που απαιτούν χαμηλές ποσότητες υδρογόνου για την προετοιμασία για μεγαλύτερες και πιο σύνθετες εφαρμογές. Ακολουθώντας αυστηρές οδηγίες και έναν οδικό χάρτη, η Horizon έγινε γρήγορα ο μεγαλύτερος κατασκευαστής κυψελών χύδην κάτω των 1000 W στον κόσμο, εξυπηρετώντας πελάτες σε περισσότερες από 65 χώρες με τη μεγαλύτερη ποικιλία εμπορικών προϊόντων στον κλάδο.

Η πλατφόρμα τεχνολογίας Horizon αποτελείται από: PEM - κυψέλες καυσίμου Horizon zero dawn (μικροκαύσιμο και στοίβες) και τα υλικά τους, παροχή υδρογόνου (ηλεκτρόλυση, αναμόρφωση και υδρόλυση), συσκευές και συσκευές αποθήκευσης υδρογόνου.

Η Η Horizon κυκλοφόρησε την πρώτη φορητή και προσωπική γεννήτρια υδρογόνου στον κόσμο. Ο σταθμός HydroFill μπορεί να παράγει υδρογόνο με την αποσύνθεση του νερού σε μια δεξαμενή και την αποθήκευση του σε φυσίγγια HydroStick. Περιέχουν ένα απορροφητικό κράμα αερίου υδρογόνου για την παροχή στερεών αποθήκευσης. Στη συνέχεια, τα φυσίγγια μπορούν να τοποθετηθούν σε φορτιστή MiniPak που μπορεί να χειριστεί μικρά στοιχεία φίλτρου καυσίμου.

Horizon or home hydrogen

Η Η Horizon Technologies λανσάρει σύστημα φόρτισης υδρογόνου και αποθήκευσης ενέργειας για οικιακή χρήση, εξοικονομώντας ενέργεια στο σπίτι για τη φόρτιση φορητών συσκευών. Το Horizon διακρίθηκε το 2006 με το παιχνίδι «H-racer», ένα μικρό αυτοκίνητο υδρογόνου που ψηφίστηκε ως «καλύτερη εφεύρεση» της χρονιάς. Προσφορές Horizonαποκέντρωσε την αποθήκευση ενέργειας στο σπίτι με τον σταθμό φόρτισης υδρογόνου Hydrofill, ο οποίος μπορεί να επαναφορτίζει μικρές φορητές και επαναχρησιμοποιήσιμες μπαταρίες. Αυτή η μονάδα υδρογόνου απαιτεί μόνο νερό για να λειτουργεί και να παράγει ενέργεια.

Η εργασία μπορεί να παρέχεται από το πλέγμα, τα ηλιακά πάνελ ή μια ανεμογεννήτρια. Από εκεί, το υδρογόνο εξάγεται από τη δεξαμενή νερού του σταθμού και αποθηκεύεται σε στερεή μορφή σε μικρές κυψέλες από κράμα μετάλλων. Το Hydrofill Station, που πωλείται για περίπου 500 $, είναι μια πρωτοποριακή λύση για τηλέφωνα. Το πού θα βρείτε κυψέλες καυσίμου Hydrofill σε αυτή την τιμή δεν είναι δύσκολο για τους χρήστες, απλά πρέπει να ζητήσετε το κατάλληλο αίτημα στο Διαδίκτυο.

Φόρτιση υδρογόνου αυτοκινήτου

Όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με μπαταρίες, αυτά που τροφοδοτούνται από υδρογόνο χρησιμοποιούν επίσης ηλεκτρισμό για την οδήγηση του αυτοκινήτου. Αλλά αντί να αποθηκεύουν αυτή την ηλεκτρική ενέργεια σε μπαταρίες που χρειάζονται ώρες για να φορτιστούν, τα κύτταρα παράγουν ενέργεια στο αυτοκίνητο αντιδρώντας υδρογόνο και οξυγόνο. Η αντίδραση λαμβάνει χώρα παρουσία ενός ηλεκτρολύτη - ενός μη μεταλλικού αγωγού, στον οποίο η ηλεκτρική ροή μεταφέρεται από την κίνηση ιόντων σε συσκευές όπου οι κυψέλες καυσίμου Horizon zero είναι εξοπλισμένες με μεμβράνες ανταλλαγής πρωτονίων. Λειτουργούν ως εξής:

1. Αέριο υδρογόνο παρέχεται στην άνοδο "-" (Α) της κυψέλης και το οξυγόνο κατευθύνεται στον θετικό πόλο.
2. Στην άνοδο ο καταλύτης είναι πλατίνα,απορρίπτει ηλεκτρόνια από άτομα υδρογόνου, αφήνοντας «+» ιόντα και ελεύθερα ηλεκτρόνια. Μόνο ιόντα διέρχονται από τη μεμβράνη που βρίσκεται μεταξύ της ανόδου και της καθόδου.
3. Τα ηλεκτρόνια δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα κινούμενοι κατά μήκος ενός εξωτερικού κυκλώματος. Στην κάθοδο, τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα υδρογόνου συνδυάζονται με οξυγόνο για να παράγουν νερό που ρέει έξω από το κύτταρο.

Μέχρι τώρα, δύο πράγματα εμπόδιζαν τη μεγάλης κλίμακας παραγωγή οχημάτων που κινούνται με υδρογόνο: το κόστος και η παραγωγή υδρογόνου. Μέχρι πρόσφατα, ο καταλύτης πλατίνας, ο οποίος διασπά το υδρογόνο σε ένα ιόν και ένα ηλεκτρόνιο, ήταν απαγορευτικά ακριβός.

Πριν από μερικά χρόνια, οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου κοστίζουν περίπου 1.000 $ για κάθε κιλοβάτ ισχύος ή περίπου 100.000 $ για ένα αυτοκίνητο. Πραγματοποιήθηκαν διάφορες μελέτες για τη μείωση του κόστους του έργου, συμπεριλαμβανομένης της αντικατάστασης του καταλύτη πλατίνας με ένα κράμα πλατίνας-νικελίου που είναι 90 φορές πιο αποδοτικό. Πέρυσι, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ ανέφερε ότι το κόστος του συστήματος είχε πέσει στα 61 $ ανά κιλοβάτ, ακόμα μη ανταγωνιστικό στην αυτοκινητοβιομηχανία.

αξονική τομογραφία ακτίνων Χ

Αυτή η μη καταστροφική μέθοδος δοκιμής χρησιμοποιείται για τη μελέτη της δομής ενός στοιχείου δύο επιπέδων. Άλλες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μελέτη της δομής:

• πορομετρία διείσδυσης υδραργύρου;
• μικροσκοπία ατομικής δύναμης;
• οπτική προφιλομετρία.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η κατανομή του πορώδους έχει μια σταθερή βάση για τον υπολογισμό της θερμικής και ηλεκτρικής αγωγιμότητας, της διαπερατότητας καιδιάχυση. Η μέτρηση του πορώδους των στοιχείων είναι πολύ δύσκολη λόγω της λεπτής, συμπιεστής και ανομοιογενούς γεωμετρίας τους. Το αποτέλεσμα δείχνει ότι το πορώδες μειώνεται με τη συμπίεση GDL.

Η πορώδης δομή έχει σημαντικό αντίκτυπο στη μεταφορά μάζας στο ηλεκτρόδιο. Το πείραμα διεξήχθη σε διάφορες πιέσεις θερμής συμπίεσης, οι οποίες κυμαίνονταν από 0,5 έως 10 MPa. Η απόδοση εξαρτάται κυρίως από το μέταλλο πλατίνας, το κόστος του οποίου είναι πολύ υψηλό. Η διάχυση μπορεί να αυξηθεί με τη χρήση χημικών συνδετικών. Επιπλέον, οι αλλαγές θερμοκρασίας επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής και τη μέση απόδοση του στοιχείου. Ο ρυθμός αποδόμησης των PEMFC υψηλής θερμοκρασίας είναι αρχικά χαμηλός και στη συνέχεια αυξάνεται γρήγορα. Αυτό χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του σχηματισμού νερού.

Προβλήματα εμπορευματοποίησης

Για να είναι ανταγωνιστικό ως προς το κόστος, το κόστος των κυψελών καυσίμου πρέπει να μειωθεί στο μισό και η διάρκεια ζωής της μπαταρίας να παραταθεί ομοίως. Σήμερα, ωστόσο, το κόστος λειτουργίας εξακολουθεί να είναι πολύ υψηλότερο, καθώς το κόστος παραγωγής υδρογόνου κυμαίνεται μεταξύ 2,5 και 3 $ και το υδρογόνο που παρέχεται είναι απίθανο να κοστίζει λιγότερο από 4 $/κιλό. Προκειμένου η κυψέλη να ανταγωνίζεται αποτελεσματικά τις μπαταρίες, θα πρέπει να έχει σύντομο χρόνο φόρτισης και να ελαχιστοποιεί τη διαδικασία αντικατάστασης της μπαταρίας.

Επί του παρόντος, η τεχνολογία κυψελών καυσίμου πολυμερών θα κοστίζει 49 US$/kW όταν παράγεται μαζικά (τουλάχιστον 500.000 μονάδες ετησίως). Ωστόσο, για να ανταγωνιστεί τα αυτοκίνηταεσωτερικής καύσης, κυψέλες καυσίμου αυτοκινήτου θα πρέπει να φτάσουν περίπου τα 36 $/kWh. Μπορεί να επιτευχθεί εξοικονόμηση με τη μείωση του κόστους υλικών (ιδίως τη χρήση πλατίνας), την αύξηση της πυκνότητας ισχύος, τη μείωση της πολυπλοκότητας του συστήματος και την αύξηση της ανθεκτικότητας. Υπάρχουν πολλές προκλήσεις για την εμπορευματοποίηση της τεχνολογίας σε μεγάλη κλίμακα, συμπεριλαμβανομένης της υπέρβασης ορισμένων τεχνικών εμποδίων.

Τεχνικές προκλήσεις του μέλλοντος

Το κόστος μιας στοίβας εξαρτάται από το υλικό, την τεχνική και τις τεχνικές κατασκευής. Η επιλογή του υλικού εξαρτάται όχι μόνο από την καταλληλότητα του υλικού για τη λειτουργία, αλλά και από την εργασιμότητα. Βασικές εργασίες των στοιχείων:

1. Μειώστε το φορτίο ηλεκτροκαταλύτη και αυξήστε τη δραστηριότητα.
2. Βελτιώστε την ανθεκτικότητα και μειώστε την υποβάθμιση.
3. Βελτιστοποίηση σχεδιασμού ηλεκτροδίων.
4. Βελτιώστε την ανοχή των ακαθαρσιών στην άνοδο.
5. Επιλογή υλικών για εξαρτήματα. Βασίζεται κυρίως στο κόστος χωρίς να θυσιάζεται η απόδοση.
6. Ανοχή σφαλμάτων συστήματος.
7. Η απόδοση του στοιχείου εξαρτάται κυρίως από την αντοχή της μεμβράνης.

Οι κύριες παράμετροι GDL που επηρεάζουν την απόδοση των κυττάρων είναι η διαπερατότητα του αντιδραστηρίου, η ηλεκτρική αγωγιμότητα, η θερμική αγωγιμότητα και η μηχανική υποστήριξη. Το πάχος GDL είναι ένας σημαντικός παράγοντας. Μια παχύτερη μεμβράνη παρέχει καλύτερη προστασία, μηχανική αντοχή, μεγαλύτερες διαδρομές διάχυσης και μεγαλύτερα επίπεδα θερμικής και ηλεκτρικής αντίστασης.

Προοδευτικές τάσεις

Μεταξύ των διαφόρων τύπων στοιχείων, το PEMFC προσαρμόζει περισσότερες εφαρμογές για κινητές συσκευές (αυτοκίνητα, φορητούς υπολογιστές, κινητά τηλέφωνα κ.λπ.), επομένως, παρουσιάζει αυξανόμενο ενδιαφέρον για ένα ευρύ φάσμα κατασκευαστών. Στην πραγματικότητα, το PEMFC έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας, σταθερότητα υψηλής πυκνότητας ρεύματος, μικρό βάρος, συμπαγή, χαμηλό κόστος και δυνατότητα όγκου, μεγάλη διάρκεια ζωής, γρήγορη εκκίνηση και καταλληλότητα για διακοπτόμενη λειτουργία.

Η τεχνολογία PEMFC είναι κατάλληλη για διάφορα μεγέθη και χρησιμοποιείται επίσης με μια ποικιλία καυσίμων όταν υποβάλλεται σε κατάλληλη επεξεργασία για την παραγωγή υδρογόνου. Ως εκ τούτου, βρίσκει χρήση από τη μικρή κλίμακα υποβάτ μέχρι την κλίμακα μεγαβάτ. Το 88% των συνολικών αποστολών το 2016-2018 ήταν PEMFC.