เซลล์เชื้อเพลิงทั่วไปในปัจจุบันซึ่งอาจใหญ่พอๆ กับบ้าน

ประกอบด้วยหน่วยผลิตไฟฟ้าหลายหน่วยที่วางซ้อนกันเหมือนแพนเค้ก แต่ละหน่วยประกอบด้วยอิเล็กโทรดโลหะแบนสองอันที่ประกบชั้นของอิเล็กโทรไลต์ ชั้นอิเล็กโทรไลต์ซึ่งอาจเป็นของเหลวหรือของแข็งก็ได้ ทำหน้าที่เป็นเมมเบรนที่ยอมให้ไอออนผ่านได้ แต่ไม่สามารถผ่านอิเล็กตรอนได้ สิ่งนี้สร้างแรงดันไฟฟ้าแม้ว่าผิวเผินจะคล้ายกับแบตเตอรี่ แต่เซลล์เชื้อเพลิงได้รับพลังงานด้วยวิธีที่ต่างออกไป ในแบตเตอรี่ ปฏิกิริยาเคมีจะสร้างกระแสไฟฟ้าและใช้ขั้วไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในเซลล์เชื้อเพลิง ปฏิกิริยาเคมีจะใช้เชื้อเพลิงที่มาจากภายนอกเซลล์ และอิเล็กโทรดจะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาเหล่านั้นเท่านั้น

โดยทั่วไป เซลล์เชื้อเพลิงจะรับไฮโดรเจน

และออกซิเจนแล้วเปลี่ยนให้เป็นน้ำและไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม บางครั้งไฮโดรเจนถูกสร้างขึ้นโดยตรงภายในเซลล์จากเชื้อเพลิงอื่น เช่น เมทานอล

ที่ขั้วไฟฟ้าขั้วหนึ่ง ขั้วบวก โมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจนจะแตกตัวเป็นอิเล็กตรอนและไอออนของไฮโดรเจนที่มีประจุบวก ไอออน-โปรตอนเหล่านั้นจะเคลื่อนผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังอีกขั้วหนึ่งซึ่งก็คือแคโทด

ในขณะเดียวกันที่ขั้วบวก อิเล็กตรอนจากไฮโดรเจนจะไหลออกจากเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งพวกมันจะทำหน้าที่เป็นกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานได้ซึ่งจะย้อนกลับมาที่แคโทดในที่สุด

ออกซิเจนจะรวมตัวกับไฮโดรเจนไอออนและอิเล็กตรอนเพื่อสร้างน้ำและความร้อน

อิเล็กโทรดทั้งสองประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะมีค่าที่กระตุ้นปฏิกิริยาการสร้างพลังงาน

เซลล์เชื้อเพลิงตัวแรกที่ผลิตขึ้นในปี พ.ศ. 2382 ใช้กรดซัลฟิวริกอิเล็กโทรไลต์เหลว และเซลล์เชื้อเพลิงสมัยใหม่จำนวนมากยังคงมีอิเล็กโทรไลต์เหลวอยู่ อย่างไรก็ตาม สำหรับเซลล์เชื้อเพลิงบางเซลล์ โดยเฉพาะเซลล์ขนาดเล็ก ผู้พัฒนาต้องอาศัยอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งและชื้น ชนิดที่พบมากที่สุดเรียกว่าเมมเบรนโพลิเมอร์-อิเล็กโทรไลต์หรือเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน ซึ่งทั้งสองชื่อนี้ใช้เรียกย่อๆ ว่า PEM

เซลล์เชื้อเพลิง PEM ปัจจุบันส่วนใหญ่ทำงานด้วยไฮโดรเจนบริสุทธิ์ แต่ก๊าซต้องใช้ถังเก็บขนาดใหญ่ที่ไม่เหมาะกับอุปกรณ์พกพา อย่างไรก็ตาม ในการสร้างเซลล์ PEM ที่ใช้เมทานอลโดยตรง นักพัฒนาได้เพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาในอิเล็กโทรดเพื่อส่งเสริมปฏิกิริยาที่ซับซ้อนมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งการรวมกันของเมทานอลและน้ำเพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนที่จำเป็นต่อการขับเคลื่อนเซลล์

เมทานอลหรือเมทิลแอลกอฮอล์เป็นของเหลวที่อุดมด้วยไฮโดรเจนราคาไม่แพง ซึ่งสามารถขายในตลับแบบถอดเปลี่ยนได้ซึ่งมีขนาดเล็กพอสำหรับโทรศัพท์มือถือ เป็นไปได้ว่าคนๆ หนึ่งสามารถคุยโทรศัพท์เคลื่อนที่ได้เป็นเวลา 10 ชั่วโมงโดยใช้คาร์ทริดจ์ขนาด 10 ถึง 20 มิลลิลิตร

เมทานอลถูกใช้ในน้ำยาล้างกระจกหน้ารถแล้ว และเป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถแข่ง Indianapolis 500

ข้อเสีย เมทานอลเป็นพิษและไวไฟ ภายใต้กฎของรัฐบาลปัจจุบัน ห้ามนำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีอุปกรณ์ดังกล่าวขึ้นเครื่องบินพาณิชย์ นอกจากข้อเสียดังกล่าวแล้ว เซลล์เชื้อเพลิงเมทานอลโดยตรงยังเผชิญกับอุปสรรคทางเทคนิคมากมาย

ปัญหาปวดหัวที่สำคัญคือการจัดการน้ำ ไม่เพียงแต่น้ำที่แอโนดต้องการเพื่อทำปฏิกิริยากับเมทานอลเท่านั้น แต่เซลล์เชื้อเพลิงยังสร้างน้ำที่แคโทดด้วย ยิ่งเซลล์เชื้อเพลิงสร้างพลังงานได้มากเท่าไหร่ เซลล์เชื้อเพลิงก็จะผลิตน้ำได้เร็วและอุณหภูมิก็จะยิ่งร้อนขึ้นเท่านั้น เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงเหล่านี้ไม่ใช่ภาชนะปิด ความร้อนดังกล่าวนำไปสู่การระเหยของน้ำบางส่วนออกจากเซลล์ นั่นเป็นเพียงส่วนหนึ่งของภาพน้ำ

เซลล์เชื้อเพลิงยังต้องการความชื้นในอิเล็กโทรไลต์เช่นเดียวกับน้ำที่ขั้วบวกเพื่อควบคุมการจ่ายเมทานอล ความเข้มข้นสูงเกินไปเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนา เนื่องจากเมทานอลที่ไม่ได้ใช้จะย้ายผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังแคโทด เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น “คุณสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมาก – อาจมากกว่าครึ่ง” Jesse Wainright จาก Case Western Reserve University ในคลีฟแลนด์กล่าว ผู้ผลิตเซลล์เชื้อเพลิงมักต้องการสารละลายเมทานอลประมาณ 3 เปอร์เซ็นต์ที่ขั้วบวก

อุณหภูมิและความชื้นภายนอกยังส่งผลต่อการกระจายน้ำภายในเซลล์เชื้อเพลิงอีกด้วย ถ้าในสภาวะที่มีความชื้น เซลล์มีน้ำมากเกินไปที่แคโทด ออกซิเจนไม่สามารถไปถึงอิเล็กโทรดได้ และเซลล์เชื้อเพลิงจะปิดตัวลง ในสภาพอากาศที่แห้ง ความร้อนจากการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงอาจทำให้อิเล็กโทรดแห้งและทำให้อุปกรณ์หยุดทำงานด้วย

Credit : เว็บตรง