1. Waterstof- en zuurstofvoorziening :
- Waterstof (H2) wordt aan de anode van de brandstofcel toegevoerd, terwijl zuurstof (O2) aan de kathode wordt toegevoerd. Deze gassen worden meestal geleverd door externe tanks of reformers die waterstof onttrekken aan brandstoffen zoals aardgas of methanol.
2. Anodereactie (waterstofoxidatie) :
- Aan de anode worden waterstofmoleculen gesplitst in protonen (H+) en elektronen (e-). Deze reactie wordt gekatalyseerd door een katalysator, meestal gemaakt van platina of een legering op platinabasis.
- De chemische reactie aan de anode is:
2H2 → 4H+ + 4e-
3. Protonenuitwisselingsmembraan (PEM) :
- Tussen de anode en kathode bevindt zich een Proton Exchange Membrane (PEM). De PEM is een vaste elektrolyt die protonen doorlaat, maar de stroom van elektronen blokkeert.
4. Kathodereactie (zuurstofreductie) :
- Aan de kathode combineren zuurstofmoleculen met protonen en elektronen om water (H2O) te vormen. Deze reactie wordt ook gekatalyseerd door een katalysator, meestal gemaakt van platina of een legering op platinabasis.
- De chemische reactie aan de kathode is:
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
5. Elektrisch circuit :
- Elektronen die bij de anode worden geproduceerd, stromen door een extern circuit, waardoor een elektrische stroom ontstaat. De elektronenstroom wordt gericht op het voeden van apparaten of het opladen van batterijen.
6. Water- en warmteproductie :
- Als bijproduct van de reacties aan de anode en kathode wordt water geproduceerd. Bovendien wordt er ook enige warmte gegenereerd als gevolg van de elektrochemische reacties in de brandstofcel.
De totale reactie in een waterstofbrandstofcel kan worden weergegeven als:
2H2 + O2 → 2H2O + Warmte + Elektrische energie
Waterstofbrandstofcellen werken continu zolang er waterstof en zuurstof aanwezig zijn. Ze produceren elektriciteit door middel van elektrochemische reacties, met water en warmte als belangrijkste bijproducten. De efficiëntie van waterstofbrandstofcellen kan behoorlijk hoog zijn, waardoor ze een veelbelovende technologie zijn voor verschillende toepassingen, waaronder transport, energieopwekking en draagbare apparaten.
