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持続可能なエネルギーに対する需要の増加により、アルカリ燃料電池（AFC）がますます人気が高まっています。この燃料電池は、エネルギーを節約して炭素を減らすことができるだけでなく、最大70％の変換効率も備えているため、あらゆる人生の注目を集めています。アルカリの燃料電池は、1960年代以来、水素、熱エネルギー、電気を生成するために、水素と純粋な酸素を使用しています。
アルカリ燃料電池は、水素と酸素の間の相互作用を通じてエネルギーを生成するためにレドックス反応に依存しています。
アルカリ性燃料電池のコア動作原理には、水素と酸素の分子反応が含まれます。負の電極では、水素は酸化され、反応は以下に説明されています。
H2 + 2OH-⟶2H2O + 2E-
このプロセスは水分を生成し、電子を放出します。電子は、外部回路とともに正の電極に流れ、酸素との還元反応を起こします：
O2 + 2H2O + 4E- 4OH-
反応全体が1つの酸素分子と2つの水素分子を消費し、2つの水分子を生成し、同時に電気と熱を放出します。
アルカリ燃料電池の電解質は、通常、水酸化カリウム（KOH）などの飽和水性アルカリ溶液です。ただし、そのようなシステムは二酸化炭素（CO2）に敏感です。二酸化炭素が空気に含まれている場合、KOHは炭酸カリウム（K2CO3）に変換される可能性があります。CADはこれについて議論していますが、学者の間では合意はありません。
プロセスの複雑さにより、多くの研究者は、状況に応じて、アルカリ燃料電池の中毒の問題が不可逆的または回復可能である可能性があることを理解しています。
アルカリ燃料電池は、静的電解質と流れ電解質の2つのカテゴリに分けることができます。静的電解質は通常、飽和水酸化カリウムのアスベスト分離層を使用します。これは、水が形成された後にリサイクルできます。対照的に、フロー電解質設計により、電解質が電極間を流れるようになり、水の生成と除去をより適切に管理できます。
水酸化リチウムシステムの設計の利点は、低コストと電解質を交換する能力にありますが、現在は純粋な酸素環境で動作しています。このような設計は、必要な触媒を非優先金属で使用できるため、材料選択のコストを削減し、鉄や銅などの材料を効果的に利用できるためです。
アルカリ燃料電池の電気効率は、一般に、化学にもたらす利点のおかげで、酸性電解質ベースの燃料電池の効率よりも高いです。
酸性燃料電池と比較して、アルカリ燃料電池は、動作温度範囲（90°Cまで）内でより良い電気化学速度論を持っています。触媒の使用では、アルカリ環境は酸素還元反応を促進し、燃料酸化を促進できるため、触媒の需要は選択のしきい値を減らし、生産コストを削減します。
現在、アルカリ燃料電池は商業開発において非常によく見え、多くの新製品がこの技術の適用を強化するために常に市場に入れられています。たとえば、一部の企業は双極バージョンのテクノロジーを開発しました。これにより、パフォーマンスが大幅に向上しました。これにより、AFCシステムを使用する最初の燃料電池式船「Hydra」など、将来のアプリケーションの基礎が築かれました。
さらに、固体陰イオン交換膜を使用して液体電解質を置き換える固体アルカリ燃料電池の出現は、中毒の問題をうまく解決し、安全な動作範囲を拡大し、液体尿素溶液や金属のアミン錯体などの水素に富むキャリアを効果的に使用できるようにしました。
ただし、アルカリ燃料電池技術の進歩により、この技術の将来についても考える必要があります。将来の再生可能エネルギー市場で場所を獲得し、より環境に優しい効率的なエネルギーオプションになることができますか？
