Yakıt Pilleri Nasıl Çalışır?

Hidrojen anot elektrota, oksijen ise katot elektrota gönderilir. Anot elektrota gönderilen hidrojen molekülü , anot üzerinde yer alan kanalcıklardan geçerken elektron bu molekülden ayrılır ve molekül iyon yapıya dönüşür.

Elektron geçişine izin vermeyen elektrolit yalnızca hidrojen iyonunun geçişine ve katot elektrota ulaşmasına izin verir. Elektron ise harici bir devreden katoda iletilir. Katotta buraya gönderilen O2 elektrolit üzerinde gelen hidrojen iyon ve dış devreden gelen elektron reaksiyona girerek çevrim tamamlanır. Açığa ise emisyon olarak saf su çıkar. Dış devre üzerindeki elektron hareketi ise elektrik akımını oluşturur. Bu akım direkt(DC) bir akımdır. Reaksiyon sonucu ayrıca ısı enerjisi de elde edilir. Yakıt pillerinde reaksiyon hızını arttırmak için katalizör kullanımı da söz konusudur.

Yakıt pilinde anot, katot ve elektrolitten oluşan her bir birime "Membran Elektrot Grubu" (MEA)denir. Her bir MEA'den sağlanan elektriksel gerilim değeri 1. 2 volt seviyelerinde iken bu değer gerçek değer olarak 1 voltun altına düşer. Yüksek gerilim elde etmek için ise her bir MEA seri olarak bağlanır ve istenilen gerilim düzeyine ulaşılır. Bu sisteme Yakıt Pili Ünitesi adı verilir. Daha yüksek akım elde etmek içinse temelde yüksek akımlara ulaşmak için reaksiyona giren molekül sayısını arttırmak gereklidir. Bu ise anot, katot ve elektrolit yüzeylerinin arttırılması ile sağlanır.

Isı makinelerinin verimini belirleyen Carnot verimi, yakıt pillerini sınırlamaz. Carnot verim ifadesinde; Verim:[(1-(T1/T2)]

T1 atık ısı sıcaklığı ve T2 maksimum çalışma sıcaklığı olup bu sıcaklık arttıkça verim artar. Ancak bu sıcaklık malzeme dayanım limitleri ile sınırlıdır.

Yakıt pillerinde ise, Verim: Hidrojen alt yada üst ısıl değeri/Reaksiyonun Gibbs serbest enerjisi'dir.

Hidrojen için bu teorik verim değeri üst ısıl değer için %83 alt ısıl değer içinse %98 civarındadır. Teorik hidrojen yakıt pili teorik hücre gerilimi ise 1. 229 volttur. Gerçekte ise bu gerilim, kayıplar nedeniyle 1 voltun altına düşmektedir. Dolayısıyla gerçek verimde teorik verimin altında olmaktadır.

Yakıt pilinin verimi yüksek olduğu kadar enerji yoğunluğu da yüksektir. 2 MW'lık bir güç istasyonu 20 m²'den daha az bir alana kurulabilir. Bu durumda elektriğin tüketicilerin bulunduğu kentlerden uzakta üretilmesine gerek kalmamaktadır. Böylece santrallerden kullanıcılara kadar uzanan binlerce kilometrelik iletim hatlarına, aradaki transformatörlere de gerek kalmamaktadır. Ayrıca iletim hatlarında ortaya çıkan elektrik kayıpları da engellenmektedir.