2.4.7.3. Tensiunea celulei de combustibil

Tensiunea celulelor de combustibil este un parametru important pentru noi. De ce factori depinde această tensiune vor fi examinați mai detaliat pe această pagină.

tensiunea

Energia și puterea electromotivă (EME) a ​​celulelor de combustibil cu hidrogen

Pentru majoritatea generatoarelor de electricitate, este clar ce formă de energie transformăm în electricitate. Un bun exemplu în acest sens este un generator eolian, în care sursa de energie este în mod clar energia cinetică a moleculelor de aer.

Nu mai este atât de ușor să vizualizezi energiile din pilele de combustibil.

Figura 1. Energiile de intrare și ieșire ale celulei de combustibil

Puterea electrică și energia electrică de ieșire pot fi calculate cu ușurință folosind următoarele formule bine cunoscute:

Cu toate acestea, energiile substanțelor implicate în reacțiile chimice și produsul de reacție nu mai pot fi calculate atât de simplu pentru că energiile chimice ale H2, O2 și H2O sunt discutabile, deci termeni precum entalpia, funcția Helmholtz și energia liberă Gibbs sunt folosite.

Pentru celulele de combustibil, vom folosi conceptul de energie liberă al lui Gibbs, care este definit după cum urmează: „Energia liberă Gibbs este energia reziduală care poate fi utilizată pentru munca externă, în plus față de munca efectuată pentru a modifica presiunea și/sau temperatura.În celula de combustibil, „lucru extern” înseamnă transferul de electroni către un consumator extern. Entalpia este energia energiei libere a lui Gibbs plus energia entropiei.

Această formă de energie chimică este comparabilă cu energia potențială cunoscută în mecanică din două motive importante.

Primul motiv este că punctul zero al energiei poate fi determinat aproape oriunde. Când se lucrează cu reacții chimice, punctul zero de energie este determinat pentru elementele curate în starea lor normală, la temperatura camerei și la presiunea atmosferică normală (25 ° C; 0,1 MPa). Pentru a determina aceste niveluri de energie, folosim termenul „Formația de energie liberă Gibbs” (Gf), mai degrabă decât „Formarea energiei libere Gibbs”. Pentru o celulă de combustibil obișnuită cu hidrogen care funcționează la temperatura camerei și la presiunea atmosferică normală, valorile de intrare sunt considerate zero în timpul „Generării de energie liberă Gibbs”.

A doua paralelă cu energia potențială este că, pentru noi, o schimbare a energiei este esențială. Schimbarea generării de energie liberă Gibbs în celula de combustibil, adică D Gf, este importantă deoarece determină energia emisă. Această schimbare este diferența dintre energia liberă Gibbs a produsului de reacție chimică și energia liberă Gibbs a materiilor prime.

Pentru a face compararea chiar mai ușoară, cantitățile sunt calculate în moli. Aceasta este indicată printr-o literă minusculă și o linie de sus, de ex. (`gf) H2O este valoarea generării de energie liberă Gibbs per mol de apă.

Luați în considerare reacția de bază din celula de combustibil:

care este egal cu

\ large H_2 + \ frac O_2 \ rightarrow H_2O

Produsul de reacție este un mol de H2O și materiile prime sunt un mol de H2 și o jumătate de mol de O2. Din aceasta putem concluziona că:

\ large \ Delta \ overline< g >_f = (\ overline< g >_f) H_2O - (\ overline< g >_f) H_2 - \ frac (\ overline< g >_f) O_2

Această ecuație pare simplă, dar în același timp formarea de energie liberă a lui Gibbs nu permanent, depinde și de temperatură și stare. Tabelul următor prezintă valorile D` gf pentru pilele de combustibil cu hidrogen.