水素燃料電池はどのように動作するのでしょうか?

水素燃料電池は、電気分解と呼ばれるプロセスを通じて、水素と酸素の化学エネルギーを電気エネルギー、熱、水に変換する電気化学装置です。水素燃料電池の仕組みを簡単に説明すると、次のようになります。

1.水素と酸素の供給 :

- 水素 (H2) が燃料電池のアノードに供給され、酸素 (O2) がカソードに供給されます。これらのガスは通常、天然ガスやメタノールなどの燃料から水素を抽出する外部タンクまたは改質装置によって供給されます。

2.アノード反応（水素酸化） :

- アノードでは、水素分子が陽子 (H+) と電子 (e-) に分割されます。この反応は、通常白金または白金ベースの合金で作られた触媒によって触媒されます。

- アノードでの化学反応は次のとおりです。

2H2 → 4H+ + 4e-

3.プロトン交換膜 (PEM) :

- アノードとカソードの間にはプロトン交換膜 (PEM) があります。 PEM は、プロトンの通過を許可しますが、電子の流れをブロックする固体電解質です。

4.カソード反応（酸素還元） :

- カソードでは、酸素分子が陽子および電子と結合して水 (H2O) を形成します。この反応は、通常白金または白金ベースの合金で作られた触媒によっても触媒されます。

- カソードでの化学反応は次のとおりです。

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

5.電気回路 :

- アノードで生成された電子は外部回路を通って流れ、電流が発生します。電子の流れは、デバイスに電力を供給したり、バッテリーを充電したりするために向けられます。

6.水と熱の生産 :

- アノードとカソードでの反応の副産物として、水が生成されます。さらに、燃料電池内の電気化学反応の結果として熱も発生します。

水素燃料電池における全体的な反応は次のように表すことができます。

2H2 + O2 → 2H2O + 熱 + 電気エネルギー

水素燃料電池は、水素と酸素が供給される限り継続的に動作します。電気化学反応を通じて電気を生成し、主な副産物として水と熱が生成されます。水素燃料電池の効率は非常に高いため、輸送、発電、携帯機器などのさまざまな用途に有望な技術となっています。