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A partire dalla crescente domanda di energia sostenibile, le celle a combustibile alcalina (AFC) stanno diventando sempre più popolari.Questa cella a combustibile non solo può risparmiare energia e ridurre il carbonio, ma ha anche un'efficienza di conversione fino al 70%, rendendola al centro dell'attenzione di ogni ceto sociale.Le celle a combustibile alcalina usano l'idrogeno e l'ossigeno puro come materie prime per generare acqua potabile, energia termica ed elettricità.
Le celle a combustibile alcalino si basano sulle reazioni redox per generare energia attraverso l'interazione tra idrogeno e ossigeno.
Il principio operativo centrale delle celle a combustibile alcalino comporta la reazione molecolare di idrogeno e ossigeno.All'elettrodo negativo, l'idrogeno viene ossidato e la reazione è come descritto di seguito:
H2 + 2OH- ⟶ 2H2O + 2E-
Questo processo produce umidità e rilascia elettroni, che fluiscono sull'elettrodo positivo con il circuito esterno, dove subisce una reazione di riduzione con ossigeno:
O2 + 2H2O + 4E- ⟶ 4OH-
L'intera reazione consuma una molecola di ossigeno e due molecole di idrogeno, producendo due molecole d'acqua e rilascia contemporaneamente elettricità e calore.
L'elettrolita di una cella a combustibile alcalina è di solito una soluzione alcalina acquosa satura, come l'idrossido di potassio (KOH).Tuttavia, tali sistemi sono sensibili all'anidride carbonica (CO2).Se l'anidride carbonica è contenuta nell'aria, KOH può essere convertito in carbonato di potassio (K2CO3), che influenza le prestazioni delle celle a combustibile.Sebbene CAD ne abbia discusso, non esiste un accordo tra gli accademici.
A causa della complessità del processo, molti ricercatori comprendono che il problema di avvelenamento delle celle a combustibile alcalino può essere irreversibile o recuperabile, a seconda della situazione.
Le celle a combustibile alcaline possono essere divise in due categorie: elettroliti statici ed elettroliti a flusso.Gli elettroliti statici di solito usano gli strati di isolamento dell'amianto con idrossido di potassio saturo, che può essere riciclato dopo che si forma l'acqua.Al contrario, la progettazione di elettroliti a flusso consente all'elettrolita di fluire tra elettrodi, il che può gestire meglio la generazione e la rimozione dell'acqua.
I vantaggi della progettazione del sistema di idrossido di litio sono nel suo basso costo e la capacità di sostituire gli elettroliti, sebbene sia attualmente gestito principalmente in un ambiente di ossigeno puro.Tale design riduce il costo della selezione dei materiali perché il catalizzatore richiesto può essere utilizzato con metalli non preziosi e materiali come ferro o rame possono essere effettivamente utilizzati.
L'efficienza elettrica delle celle a combustibile alcalino è generalmente superiore a quella delle celle a combustibile a base di elettroliti acidi, grazie ai vantaggi che apportano alla chimica.
Rispetto alle celle a combustibile acide, le celle a combustibile alcaline hanno una migliore cinetica elettrochimica all'interno dell'intervallo di temperatura operativa (a 90 ° C).Nell'uso di catalizzatori, poiché l'ambiente alcalino può promuovere la reazione di riduzione dell'ossigeno e accelerare l'ossidazione del carburante, la domanda di catalizzatori riduce la soglia per la selezione e riduce i costi di produzione.
Al momento, le celle a combustibile alcaline sembrano abbastanza buone nello sviluppo commerciale e molti nuovi prodotti vengono costantemente messi sul mercato per rafforzare l'applicazione di questa tecnologia.Ad esempio, alcune aziende hanno sviluppato una versione bipolare della tecnologia, che ha notevolmente migliorato le prestazioni.Ciò ha gettato le basi per applicazioni future, come la prima nave a celle a celle a combustibile "Hydra", che utilizza il sistema AFC.
Inoltre, l'emergere di celle a combustibile alcalina solida, che utilizzano membrane di scambio di anioni solidi per sostituire gli elettroliti liquidi, ha risolto con successo il problema dell'avvelenamento, ampliando la gamma di funzionamento sicuro, consentendo loro di utilizzare efficacemente vettori ricchi di idrogeno, come soluzioni di urea liquida o complessi di amine metalliche.
Tuttavia, con l'avanzamento della tecnologia delle celle a combustibile alcalina, dobbiamo anche riflettere sul futuro di questa tecnologia.Può ottenere un posto nel futuro mercato delle energie rinnovabili e diventare un'opzione energetica più rispettosa ed efficiente?
