Apa itu Sel Bahan Bakar Hidrogen?

Read Also

Sel bahan bakar hidrogen adalah perangkat yang telah dirancang untuk mengubah energi kimia menjadi listrik. Ini seharusnya menjadi alternatif yang aman dan bersih untuk membakar bahan bakar fosil untuk tenaga, antara lain, mobil kita, karena produk limbahnya, daripada sejumlah besar karbon dioksida dan bahkan partikel belerang, sel bahan bakar hidrogen melepaskan karbon dioksida dalam jumlah yang lebih kecil. jumlah dan air.

Mekanisme dasar di balik jenis sel bahan bakar ini adalah bahwa energi diciptakan dari reaksi ion hidrogen positif dan zat pengoksidasi, yang sering kali berupa oksigen. Tidak seperti baterai, sel bahan bakar hidrogen membutuhkan sumber oksigen atau bahan bakar lain yang terus menerus untuk menjaga agar reaksi kimia tetap terjadi, yang berarti bahwa mereka dapat berjalan terus menerus selama mereka disuplai dengan input penting.

Hidrogen adalah unsur paling umum yang tersedia di planet Bumi. Sebuah atom hidrogen hanya terdiri dari satu proton dan satu elektron. Meskipun tersedia dalam jumlah banyak, itu tidak terjadi sebagai gas di Bumi. Air, misalnya, mengandung dua atom hidrogen dan satu atom oksigen yang terikat bersama. Sebuah proses yang disebut elektrolisis diperlukan untuk memisahkan air menjadi komponen oksigen dan hidrogen.

Sebuah sel bahan bakar hidrogen menggabungkan hidrogen dan oksigen untuk menghasilkan listrik, panas, dan air. Karena hidrogen memiliki energi yang tinggi dan hampir tidak menghasilkan polusi, hidrogen digunakan sebagai bahan bakar untuk mendorong pesawat ulang-alik dan roket ke orbit. Sel-sel ini memberi daya pada sistem kelistrikan pesawat ulang-alik dan menghasilkan air bersih sebagai produk sampingan. Ini memberikan tegangan DC (arus searah) yang dapat digunakan untuk menyalakan motor dan menjalankan sejumlah peralatan listrik.

““As we explore ways to bring price relief and bolster our country’s energy independence, one significant energy source has emerged as a potential solution, hydrogen fuel cells”. ~ Dan Lipinski

Bagaimana Cara Kerja Sel Bahan Bakar Hidrogen?

Sel bahan bakar bekerja seperti baterai, tetapi tidak habis atau perlu diisi ulang. Mereka menghasilkan listrik dan panas selama bahan bakar dipasok. Sebuah sel bahan bakar membutuhkan tiga komponen utama untuk membuat reaksi kimia. Ini terdiri dari dua elektroda — elektroda negatif (atau anoda) dan elektroda positif (atau katoda) dan membran elektrolit — anoda dan katoda yang diapit di sekitar elektrolit.

Bahan bakar, seperti hidrogen, diumpankan ke anoda, dan udara diumpankan ke katoda. Sebuah sel bahan bakar khas bekerja dengan melewatkan hidrogen melalui anoda sel bahan bakar melalui medan aliran dan oksigen melalui katoda. Dalam sel bahan bakar hidrogen, katalis di anoda memisahkan molekul hidrogen menjadi proton dan elektron, yang mengambil jalur berbeda ke katoda.

Elektron dipaksa untuk melalui sirkuit eksternal, menghasilkan arus listrik, aliran listrik dan panas berlebih. Proton bermigrasi melalui membran elektrolit berpori ke katoda, di mana mereka bersatu dengan oksigen dan elektron kembali dari sirkuit listrik untuk menghasilkan molekul air, panas dan produk lainnya. Kombinasi oksigen dan hidrogen terionisasi berfungsi sebagai dasar untuk reaksi kimia. Karena tidak ada bagian yang bergerak, sel bahan bakar beroperasi tanpa suara dan dengan keandalan yang sangat tinggi.

Membran elektrolit polimer memungkinkan ion yang sesuai untuk lewat antara anoda dan katoda. Jika elektrolit memberikan kendali bebas agar semua elektron atau ion dapat lewat dengan bebas, maka akan mengganggu reaksi kimia. Pada akhir proses, atom hidrogen bermuatan positif bereaksi dengan oksigen untuk membentuk air dan panas sekaligus menciptakan muatan listrik.

Sel bahan bakar hidrogen diklasifikasikan berdasarkan jenis elektrolit yang mereka gunakan dan perbedaan waktu mulai mulai dari 1 detik untuk sel bahan bakar membran pertukaran proton (sel bahan bakar PEM, atau PEMFC) hingga 10 menit untuk sel bahan bakar oksida padat (SOFC). Teknologi terkait adalah baterai aliran, di mana bahan bakar dapat diregenerasi dengan pengisian ulang.

Dalam pasar bahan bakar, ada banyak aplikasi yang berbeda dengan kebutuhan daya yang berbeda. Untuk memberikan daya yang memadai, sel bahan bakar individu dapat dirakit bersama, membentuk tumpukan. Tumpukan sel bahan bakar dapat diukur dengan jumlah energi yang tepat untuk aplikasi. Sel bahan bakar individu menghasilkan potensi listrik yang relatif kecil, sekitar 0,7 volt, sehingga sel "ditumpuk", atau ditempatkan secara seri untuk menghasilkan tegangan yang cukup untuk memenuhi persyaratan aplikasi.

Selain listrik, sel bahan bakar menghasilkan air, panas dan, tergantung pada sumber bahan bakarnya, sejumlah kecil nitrogen dioksida dan emisi lainnya. Efisiensi energi sel bahan bakar umumnya antara 40 dan 60%; namun, jika panas buangan ditangkap dalam skema kogenerasi, efisiensi hingga 85% dapat diperoleh.

 

Manfaat Sel Bahan Bakar Hidrogen

1. Lebih Efisien

Dibandingkan dengan cara tradisional untuk menyalakan mobil dan memanaskan rumah, misalnya – seperti menggunakan bahan bakar fosil seperti batu bara dan gas – sel bahan bakar hidrogen jauh lebih efisien. Mereka menghasilkan lebih banyak energi untuk jumlah komponen yang digunakan.

Ini membuat mereka jauh lebih bersih daripada bahan bakar fosil karena lebih banyak yang perlu dibakar, dan lebih banyak bahan kimia dan karbon dioksida perlu dilepaskan ke atmosfer untuk mencapai jumlah energi yang sama.

2. Sel Bahan Bakar Hidrogen Tenang

Sementara penambangan, pengangkutan, dan pemurnian bahan bakar fosil adalah urusan yang berantakan dan berisik, sel bahan bakar hidrogen sebenarnya beroperasi tanpa suara. Dibandingkan dengan mesin pembakaran dalam, misalnya, mobil, yang sangat bising, sel bahan bakar hidrogen tidak mengeluarkan suara apa pun. (Jika ini digunakan untuk mobil, oleh karena itu, suara mesin buatan perlu ditambahkan untuk keselamatan pejalan kaki dan hewan.)

3. Penghapusan Polusi

Dengan beralih dari pembakaran bahan bakar fosil untuk energi ke penggunaan sel bahan bakar hidrogen, kita akan secara efektif beralih dari salah satu polutan terburuk ke sumber daya yang tidak menyebabkan polusi sama sekali. Selain sejumlah kecil karbon dioksida dan air, tidak ada produk sampingan atau produk limbah saat menggunakan sel bahan bakar hidrogen.

4. Tidak Ada Lagi Perjuangan Ekonomi

Bahan bakar fosil ditemukan di seluruh dunia, tetapi beberapa negara memiliki monopoli, misalnya, gas dan minyak. Artinya, mereka bisa bernegosiasi dengan negara lain tentang harga bahan bakar fosil dan bahkan bisa menaikkan harga secara artifisial, yang dirasakan konsumen di ujung jalan.

Di sisi lain, karena sel bahan bakar hidrogen dapat dibuat di negara mana pun dan tidak dimiliki oleh siapa pun, perusahaan, atau negara, sel bahan bakar hidrogen tidak menimbulkan masalah ekonomi global seperti yang dilakukan bahan bakar fosil. Ini berarti bahwa negara-negara di seluruh dunia dapat lebih mandiri dan kurang bergantung pada negara lain, menawarkan keamanan energi yang besar untuk setiap negara yang memilih untuk menggunakan sel bahan bakar hidrogen.

5. Waktu Operasi Lebih Lama

Sel bahan bakar hidrogen cenderung bertahan lebih lama daripada baterai normal lainnya yang menggunakan bahan kimia untuk menghasilkan energi. Karena menggandakan waktu operasi sel bahan bakar hidrogen berarti menggandakan jumlah bahan bakar daripada menggandakan kapasitas unit (seperti halnya baterai), jauh lebih mudah untuk membuat sel bahan bakar bekerja lebih lama tanpa usaha ekstra, uang atau stres.

6. Tidak Perlu Grid

Bahan bakar fosil didistribusikan melalui jaringan energi untuk memastikan bahwa setiap orang yang membutuhkan energi mendapatkannya. Sel bahan bakar hidrogen dapat mandiri karena dapat digunakan di mana saja yang memiliki sumber daya dan juga sumber air. Ini, pada gilirannya, berarti bahwa pembangkitan bahan bakar oleh sel bahan bakar hidrogen dapat didistribusikan secara merata tanpa memerlukan jaringan terpusat.