Pila de combustie cu membrană cu schimb de protoni

Pila de combustie cu membrana cu schimb de protoni (PEMFC), numita si pila de combustie cu polimer solid (SPFC), a fost dezvoltata prima data de catre General Electric in Statele Unite ale Americii in 1960 pentru NASA. Aceasta a fost utilizata pentru propulsia primului vehicul spatial condus de catre om.

Versiunile mai timpurii ale PEMFC, utilizate de catre NASA pe nava spatiala Gemini, aveau o durata de viata de numai 500 de ore. Acest timp fiind suficient pentru acele misiuni limitate. Dezvoltare programului a continuat cu integrarea, in 1967, a unei noi membrane polimere numite Nafion, dezvoltata de Dupont. Acest tip de membrane a devenit standard pentru PEMFC pana in ziua de azi.

Totusi, managementul apei din electrolit, a fost prea dificil de gestionat, si de aceea pentru vehiculele Apollo, NASA a ales pila de combustie alcalina (Warshay, 1990).

De asemenea, General Electric, a ales sa nu mai continue dezvoltarea PEMFC, probabil din cauza costurilor care erau mai mari decat in cazul altor pile, precum pila de combustie cu acid fosforic.

Intre anii 1970 si 1980 progresele asupra PEMFC au fost destul de limitate. Cu toate acestea, spre jumatatea anilor - 80 si inceputul anilor '90, interesul pentru acest tip de pila a reaparut, Ballard Power Systems din Vancouver, Canada si Los Alamos National Laboratory din SUA, avand o influenta majora asupra acestui lucru.

In prezent, PEMFC sunt dezvoltate pentru utilizarea in industria constructoare de masini, pentru o gama larga de aplicatii portabile, dar si pentru sistemele combinate caldura-putere (CHP). Un semn de dominatie al acestui tip de pila il reprezinta faptul ca aceste sunt din nou utilizate de catre NASA. Aceasta integrand PEMFC in noile nave spatiale (Warshay et al., 1997).

2.2 Performante si influente

PEMFC face parte din familia de pile de combustie care se afla in stadii diferite de dezvoltare. Este considerata ca fiind o sursa alternativa de putere pentru vehiculele electrice. Electrolitul din aceasta bila de combustie este o membrana cu schimb de ioni (acid sulfonic fluorinat sau orice alt polimer similar) care este o buna conducatoare de protoni. Membranele polimere electrolitice sunt caracterizate prin faptul ca in prezenta apei, pe care membrana o absoarbe rapid, ioni negativi raman in structura acesteia. Doar ionii pozitivi (H+) continuti de membrana sunt mobili si liberi sa duca sarcinile pozitive prin membrana, doar intr-o singura directie, de la anod la catod. In acelasi timp natura organica a structurii membranei face ca aceasta sa functioneze ca un izolator impotriva electronilor, fortandu-i sa circule prin circuitul exterior, alimentand sarcina cu curent electric.

Figura 2.2.1: Schema de functionare a PEMFC

Ambii electrozi sunt alcatuiti din carbon poros impregnati cu particule de platina (Pt). Se utilizeaza aceasta structura poroasa pentru ca gazele sa se propage prin electrozi pentru a ajunge la catalist. Mai mult, atat platina cat si carbonul sunt materiale bune conductoare de electroni ceea ce face ca acestia sa se miste liberi prin electrozi. Reactiile chimice ce au loc in interiorul PEM sunt urmatoarele:

Anod:

Catod: