Az utóbbi időkben némi zavar keletkezett a “fuel cell” magyarítását illetően. Sokan az “üzemanyagcella” kifejezést használják. Ez a név a közlekedési eszközökben alkalmazott áramforrásokra utal, és legfeljebb e kategóriát indokolt e megnevezéssel illetni. A hivatalos magyar kémiai elnevezés: tüzelőanyag-elem, ami kifejezi az egyéb, például erőművi alkalmazásokat is. Régebben a “tüzelőszer-elem” volt használatban, ami érdekes asszociációkra ad lehetőséget, főleg egybeírva: “tüzelőszerelem”.

Az üzemanyagcellák, akárcsak az alkáli elemek, vegyi reakciók során közvetlenül elektromos energiát állítanak elő. A legnagyobb különbség az, hogy míg az elemek lemerülésük után használhatatanok, addig az üzemanyagcellák addig üzemelnek, amíg üzemanyagot töltünk beléjük.

Az üzemanyagcellák általában két elektródából (anódból és katódból) és a köztük lévő elektrolitból állnak. A folyamat során katalizátor (általában platina) segítségével a hidrogénmolekulák protonokra és elektronokra szakadnak szét. A protonok az elektroliton haladnak keresztül, az elektronok pedig elektromos áram formájában hasznosíthatók. A katódra érkező elektronok a katalizátor segítségével egyesülnek a protonokkal és az oxigénnel, és így víz jön létre.

Az üzemanyagcellák egyik előnye a belsőégésű motorokhoz képest az, hogy míg az üzemanyagcellák hatásfokát elméleti termodinamikai határok nem korlátozzák, addig a belsőégésű motorok hatásfokát a Carnot-ciklus által meghatározott termodinamikai határok szabják meg.

Pórusos elektródok

A pórusos elektród

Mi volt az a technológia, amely a Grove-féle cella teljesítményét megtöbbszörözte, és mára a gyakorlatban is használható áramforrássá tette? A válasz természetesen összetett, de az egyik legjelentősebb teljesítmény-fokozó a pórusos elektródok alkalmazása volt. Az elektrokémiai reakció ugyanis két fázis határán játszódik le. Ez azt jelenti, hogy  az elektród felülete és a reakció sebessége szabja meg az időegység alatt reagáló anyag mennyiségét, a cella teljesítményét. A katalizátorok a reakció aktiválási energiájának a csökkentésével érnek el hatékonyságnövekedést, míg a pórusos elektródok az aktív felületet képesek több nagyságrenddel is megnövelni. Az ilyen elektródok olyanok, mint egy szivacs, rengeteg kis belső üreggel, ezáltal óriási aktív felülettel rendelkeznek, ahol a hidrogén oxidációja és az oxigén redukciója lejátszódhat. A szivacs mátrixban elektron, míg az elektrolit fázisban ion áram van. A két fázis között az elektrokémiai reakció játszódik a töltésneutralitás makroszkopikus megtartásával.

A tüzelőanyag-elemek fajtái

Sokféle tüzelőanyag-cellát fejlesztettek ki, de alapjában véve megkülönböztethetünk közönséges hőmérsékleten és nagy hőmérsékleten működőket. Az előbbiek könnyen elviselnek sok be- és kikapcsolást, ez előnyös például gépjárműveknél, míg az utóbbiak inkább folyamatos üzemben, például erőművekben hasznosíthatók. A tüzelőanyag fajtáját, az elektrolit és más komponensek minőségét, valamint a felépítésüket tekintve jelenleg számos, különböző típusú tüzelőanyag-cella van forgalomban. Az üzemanyagcellákat leginkább a három fő jellegzetességük alapján szokásos csoportosítani: működési hőmérséklet, üzemanyag típusa, elektrolit fajtája.

Az üzemanyegcellák elterjedtebb típusai, működési hőmérsékletük, hatásfokuk

A Regeneratív üzemanyagcella (Regenerative Fuel Cell – RFC) egy olyan üzemanyagcella-rendszer, amely folyamatosan tud működni zárt, visszacsatolódó mechanizmusok révén. Sokan azt remélik az ilyen rendszerektől, hogy megteremthetik a megújuló energiaforrásokon alapuló hidrogéngazdaság alapjait. Az olyan üzemanyagcellák, amelyek energiát, hőt és vizet képesek előállítani oxigénből és hidrogénből, rendkívül széles körben felhasználhatók. A hidrogén és oxigén előállításának egyik legkézenfekvőbb módja a vízbontás a megújuló energiaforrások (szél-, nap- és geotermikus energia) segítségével. Egy ilyen rendszer nem igényel speciális üzemanyagcellákat, azonban működéséhez olyan infrastruktúrára lenne szükség, amely a hidrogént a felhasználás helyéhez juttatja.

Miért az üzemanyagcella?

Miért ne az üzemanyagcella?