Όλο και πιο δημοφιλείς, τα τελευταία χρόνια, δείχνουν να είναι η εναλλακτική λύση στις συμβατικές μπαταρίες, παράγοντας ρεύμα από υδρογόνο.
Οι κυψέλες καυσίμου, παρότι ότι ήταν γνωστές από τον 19ο αιώνα, είχαν μόνο επιστημονικό ενδιαφέρον και κανείς δεν είχε ασχοληθεί με την εκμετάλλευσή τους. Το ενδιαφέρον ξεκινά στις αρχές του 1960, όταν χρησιμοποιήθηκαν στο πρόγραμμα Gemini και, μετά, στο πρόγραμμα Apollo που οδήγησε στην κατάκτηση της Σελήνης.
Σήμερα, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα φορτίζουν με ρεύμα που έχει παραχθεί, κατά το πλείστον, είτε από εργοστάσια πυρηνικής ενέργειας, είτε από εργοστάσια καύσης άνθρακα. Και στις δύο περιπτώσεις, οι ρύποι είναι αρκετοί και ο όρος «μηδενικές εκπομπές» απέχει από την πραγματικότητα. Με τις κυψέλες καυσίμου, αντιθέτως, μπορούμε να παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια απευθείας από το «καύσιμο» και, μάλιστα, με υψηλή ενεργειακή απόδοση. Ταυτόχρονα, ο μικρός τους όγκος επιτρέπει την τοποθέτηση σε αυτοκίνητα. Είναι μικρότερες από τις μπαταρίες που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτροκίνητα και έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.
Η κυψέλη καυσίμου λειτουργεί σαν μία μπαταρία, με μία ηλεκτροχημική αντίδραση μεταξύ ενός καυσίμου (υδρογόνο) και ενός οξειδωτικού (οξυγόνο), όπου τα δύο μέρη εισάγονται, συνεχώς, στην άνοδο και την κάθοδο του στοιχείου και τα προϊόντα απομακρύνονται.
Μία κυψέλη καυσίμου διαθέτει δυο ηλεκτρόδια, άνοδο και κάθοδο. Ανάμεσά τους υπάρχει ένα πορώδες υλικό το οποίο εμποτίζεται με έναν ηλεκτρολύτη, που διευκολύνει τη μετακίνηση των πρωτονίων και εμποδίζει τη μετακίνηση των ηλεκτρονίων. Χρησιμεύει σαν αγωγός πρωτονίων και φράγμα ηλεκτρονίων. Υπάρχει, επίσης, ένας καταλύτης που βοηθάει το μόριο του υδρογόνου να διασπαστεί σε δύο πρωτόνια και δύο ηλεκτρόνια.
Ο κυψέλες καυσίμου εκμεταλλεύονται τη χημική αντίδραση αέριου οξυγόνου και αέριου υδρογόνου προς την παραγωγή νερού. Το ηλεκτρικό ρεύμα που αποδίδουν είναι ικανό να τροφοδοτεί αυτοκίνητα, φορτηγά και λεωφορεία, καθώς και οτιδήποτε άλλο λειτουργεί με ηλεκτρικό ρεύμα. Όσον αφορά τη ρύπανση του περιβάλλοντος, το μόνο απόβλητο της αντίδρασης είναι νερό, που σημαίνει ότι πρόκειται για καθαρή ενέργεια, χωρίς ρύπους και τις ανεπιθύμητες παρενέργειές τους. Θεωρητικά, η απόδοση μίας κυψέλης καυσίμου είναι περίπου 75%, με την υπόλοιπη ενέργεια να γίνεται θερμική και να χάνεται στο περιβάλλον. Βέβαια, μπορούμε να εκμεταλλευτούμε την εκλυόμενη θερμότητα, με αποτέλεσμα η απόδοση να φτάνει περίπου το 85%. Η τάση στα άκρα των ηλεκτροδίων μίας κυψέλης καυσίμου είναι 0,7 Volts. Μικρή για να χρησιμοποιηθεί απευθείας, αλλά με την κατασκευή πολλών συστοιχιών μπορούμε να φθάσουμε σε επιθυμητές τάσεις.
Τύποι κυψελών καυσίμου
Ανάλογα με τον ηλεκτρολύτη, οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να κατηγοριοποιηθούν στους παρακάτω τύπους:
- AFC (Alkaline Fuel Cells): Κυψέλες καυσίμου με αλκάλια, που χρησιμοποιούν ως ηλεκτρολύτη διάλυμα υδροξειδίου του καλίου.
- PEMFC (Polymer electrolyte membrane fuel cells ή Proton exchange membrane): Κυψέλες καυσίμου πολυμερούς ηλεκτρολυτικής μεμβράνης, που χρησιμοποιούν μία πολύ λεπτή πολυμερή μεμβράνη η οποία έχει την ιδιότητα να άγει με ευκολία πρωτόνια. Συνήθως χρησιμοποιούν πλατίνα ως καταλύτη.
- PAFC (Phosphoric acid fuel cells): Κυψέλες καυσίμου φωσφορικού οξέος, που χρησιμοποιούν ως ηλεκτρολύτη φωσφορικό οξύ μεγάλης συγκέντρωσης.
- MCFC (Molten Carbonate fuel cells): Κυψέλες καυσίμου λιωμένου ανθρακικού άλατος, που χρησιμοποιούν ως ηλεκτρολύτη έναν συνδυασμό ανθρακικών αλκαλίων, όπως λίθιο, κάλιο και νάτριο.
- SOFC (Solid oxide fuel cells): Κυψέλες καυσίμου στερεού οξειδίου, που χρησιμοποιούν ως ηλεκτρολύτη διοξείδιο του ζιρκονίου.
- Κυψέλες DMFC (Direct methanol fuel cells): Λειτουργούν με καύσιμο μεθανόλη και όχι υδρογόνο.
Οι κυψέλες καυσίμου, ίσως, να είναι η πηγή ενέργειας του μέλλοντος για όλων των ειδών τα οχήματα.
