เซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน

เซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน (อังกฤษ: Proton exchange membrane fuel cells) หรือที่รู้จักกันในอีกชื่อหนึ่งคือ polymer electrolyte membrane fuel cells ซึ่งเรียกย่อ ๆ ว่า (PEMFC) เป็นหนึ่งในชนิดของเซลล์เชื้อเพลิงที่กำลังมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อประยุกต์ใช้สำหรับเป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าแก่ยานภาหนะ หรือตามสถานที่ต่าง ๆ โดยเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีจุดเด่นที่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิและความดันต่ำ อีกทั้งยังมีความพิเศษในส่วนของเยื่อพอลิเมอร์ที่สามารถใช้ในการแลกเปลี่ยนโปรตอน

แผนผัง แสดงการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEM fuel cell)

เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้า โดยอาศัยปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมี ตามปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยที่ขั้วอิเล็กโทรด ของเซลล์ไฟฟ้าชนิดนี้ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตทินัม(Pt)และขั้วอิเล็กโทรไลท์ใช้โพลิเมอร์แข็ง คือ แนฟฟิออน(Nafion(R)) เป็นเยื่อเลื่อกผ่านประจุ สารตั้งต้นของเซลล์เชื้อเพลิงแบบเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน ใช้ กาซไฮโดรเจน และ ออกซิเจน(หรือ อากาศ) โดยกาซไฮโดรเจนจะแตกตัวบนพื้นผิวตัวเร่งปกิกิริยาที่ด้านแอโนด ให้ผลิตภัณท์คือ โปรตอน และ อิเล็กตรอน ตามปฏิกิริยาออกซิเดชั่น แต่ในเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้แนฟฟิออนเป็นเยื่อเลือกผ่านนี้ เฉพาะอิออนที่มีประจุบวกเท่านั้นจึงจะผ่านได้ ดังนั้นในที่นี้โปรตรอนจึงถูกเลือกให้เคลื่อนที่ผ่านไปยังขั้วแคโทด ส่วนอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ออกจากเซลล์ไฟฟ้าเคมีไปยังขั้วแคโทด โดยผ่านภาระทางไฟฟ้า หรือ โหลด (Load)และเป็นที่รู้กันดีว่าไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ดังนั้นเราก็จะได้แสงสว่างจากไฟฟ้าที่ผลิตได้ หากโหลดนั้นคือหลอดไฟฟ้า เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปยังขัวแคโทดถือว่าครบวงจร จากนั้นอิเล็กตรอน โปรตอน และก๊าซออกซิเจน ตามปฏิกิริยารีดักชั่น ก็จะรวมตัวกัน กลายเป็นน้ำ ดังนั้นเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จึงไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

อ้างอิง