Καθημερινά τα υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα (HEV) κερδίζουν έδαφος και η εφαρμογή της τεχνολογίας των κυψελών καυσίμου (fuel cells) στα οχήματα αρχίζει να αποκτά έδαφος.
Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ηλεκτρικά ή συμβατικά αυτοκίνη¬τα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας επιτόπου, αντικαθιστώντας τις μπαταρίες ή τον κινητήρα εσωτερικής καύσης αντίστοιχα και αλλάζοντας τα δεδομένα στον τομέα της αυτονομίας αλλά και της απόδοσης των οχημάτων.
Οι κυψέλες καυσίμου με υδρογόνο δεν είναι καινούργια τεχνολογία, χρησιμοποιούνται εδώ και καιρό για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε διαστημικές εφαρμογές καθώς και για βοηθητικές μονάδες παραγωγής ενέργειας στις περιπτώσεις αιχμής.
Είναι ένας μηχανισμό ο οποίος μετατρέπει το υδρογόνο και οξυγόνο σε νερό παράγοντας ταυτόχρονα με την διαδικασία αυτή ηλεκτρισμό αλλά και θερμότητα.
Ο Παραγόμενος αυτός ηλεκτρισμός δημιουργείται με τη μορφή συνεχούς ρεύματος.
Οι κυψέλες καυσίμου αποτελούνται από δυο ηλεκτρόδια (την άνοδο και την κάθοδο), τα οποία διαχωρίζονται από έναν ηλεκτρολύτη.
Ο ηλεκτρολύτης είναι από πολυμερές ή άλλο υλικό, το οποίο επιτρέπει την διέλευση ιόντων, αλλά όχι τη διέλευση των ηλεκτρονίων.
Ένα καύσιμο που περιέχει υδρογόνο (π.χ. φυσικό αέριο) εισάγεται από την πλευρά της ανόδου, όπου τα ηλεκτρόνια του υδρογόνου ελευθερώνονται και κινούνται σε ένα εξωτερικό κύκλωμα δίδοντας ηλεκτρικό ρεύμα.
Κυψέλες καυσίμου υπάρχουν πολλών ειδών και μπορούμε να τις ταξινομήσουμε με το είδος του ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιούν.
Ένα βασικό στοιχείο που χαρακτηρίζει τις κυψέλες καυσίμου είναι η δυνατότητα που έχουν να παράγουν μεγάλα ποσά ενέργειας από το καύσιμο που χρησιμοποιούν (υδρογόνο), με αποτέλεσμα η απόδοση τους να είναι 2 έως 3 φορές μεγαλύτερη από αυτή των Μ.Ε.Κ. που χρησιμοποιούν συμβατικά καύσιμα.
Από περιβαλλοντικής πλευράς, η μαζική χρήση των κυψελών καυσίμου είναι πιο συμ¬φέρουσα έναντι αυτής των συμβατικών διατάξεων παραγωγής ενέργειας (Μ.Ε.Κ.), λόγω της διεργασίας της ηλεκτρόλυσης.
Μια κυψέλη καυσίμου αποτελείται από τρία βασικά μέρη. Το ένα είναι η άνοδος (anode: αρνητικά φορτισμένο ηλε¬κτρόδιο), την κάθοδο (cathode: θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο) και τον ηλεκτρολύτη, ο οποίος μπορεί να είναι κατασκευασμένος από διάφορα υλικά.
Ο πιο γνωστός κα¬ταλύτης που χρησιμοποιείται σε κυψέλες καυσίμου είναι η πολυμερής μεμβράνη (PEMFC: κυψέλη καυσίμου πολυμερούς μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων).
Μεταξύ της πολυμερούς μεμβράνης και των δύο ηλεκτροδίων, υπάρχει μια μεταλλική επίστρωση (στρώμα καταλύτη), η οποία είναι αυτή για να επιταχυνθεί η διαδικασία του ιονισμού του υδρογόνου η οποία έχει μεγάλη αγωγιμότητα στα ηλεκτρόδια (π.χ. πλατίνα).
Την στιγμή της ηλεκτρόλυσης η άνοδος τροφοδοτείται με υδρογόνο, το οποίο όταν έρθει σε επαφή με τον καταλύτη της ανόδου, τότε έχουμε διαχωρισμό σε θετικά φορτισμένα ιό¬ντα υδρογόνου (πρωτόνια) και σε ηλεκτρόνια.
Τα ηλεκτρόνια τα οποία απελευθερωθήκαν μεταφέρονται μέσω εξωτερικού ηλεκτρικού κυκλώματος προς την κάθοδο δημιουργώντας ηλεκτρισμό αφού η μεμβράνη αποτρέπει τη διέλευση τους μέσω αυτής.
Στη συνέχεια, τα πρωτόνια διαπερνούν τη μεμβράνη και ενώνονται με το οξυγόνο, το οποίο έχει διοχετευτεί στην κάθοδο και αποτέλεσμα της ένωσης αυτής, την παραγωγή νερού (υδρατμών).
Ανάμεσα αυτής της μεμβράνης και των ηλεκτροδίων όπως είπαμε υπάρχει ένα στρώμα καταλύτη.
Η άνοδος και ο καταλύτης είναι τέτοιας κατασκευής ώστε η διάχυση των ατόμων του υδρογόνου να γίνεται με ομογενή τρόπο.
Λόγω της μικρής τάσης που παράγεται (0.7 V) σε μια κυψέλη καυσίμου, για να αυξηθεί η τάση, έχουν τοποθετηθεί εκατοντάδες κυψέλες σε σειριακή σύνδεση.
Η διαμόρφωση αυτή λέγεται συσσώρευση κυψελών καυσίμου και είναι αυτό που εννοούν οι περισσότεροι όταν μιλάνε για κυψέλες καυσίμου.
H TOYOTA δηλώνει ότι το επόμενο βήμα για τη δημιουργία του απόλυτου οικολογικού αυτοκινήτου μετά το Prius, θα είναι ένα υβριδικό όχημα που θα χρησιμοποιεί κυψέλες καυσίμου (FCHV) αντί για κινητήρα εσωτερικής καύσης.
Οι διάφοροι τύποι κυψελών καυσίμου χαρακτηρίζονται από τον ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιούν και είναι:
• PAFC – Φωσφορικό οξύ
• MCFC – Τηγμένα ανθρακικά άλατα
• SOFC – Σταθεροποιημένα οξείδια
• PEMFC – Μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων
• AFC – Αλκάλια
