Hidrojen Yakıt Hücresi, Yakıt hücreleri, kimyasal reaksiyon sonucu elektrik üreten ve yakıt olarak da hidrojen, metanol gibi maddeler kullanan cihazlardır. Hidrojen yakıt hücreleri yan ürün olarak yalnızca su üreten son derece çevre dostu cihazlardır. Hidrojen yakıt hücreleri ilk defa uzay mekikleri ve diğer yüksek teknoloji uygulamalarında temiz ve etkili güç kaynağı gerekli olduğunda kullanılmaya başlandı.
Ama günümüzde hidrojen yakıt hücreleriyle çalışan otomobillerle, otobüslerle seyahat edilmektedir.
Hidrojen yakıt hücresi: Yakıt hücresinin çalışma ilkeleri, kataliz temeline dayanır; tepkimeye giren yakıtın elektron ve protonları ayrılır, elektrolit iletken olmadığından elektronlar bir elektronik devre üzerinden geçmeye zorlanır ve bu şekilde elektrik akımı üretilmiş olur. Bir başka katalitik prosesle de geri toplanan elektronların protonlarla ve oksitleyiciyle birleşerek atık ürünlerin su, karbondioksit ve ısı açığa çıkmaktadır.
Hidrojen yakıt hücresi çalışma prensibi
Hidrojen anot elektrota, oksijende katot elektrota gönderilir. Anot elektrota toplanan hidrojen molekülü, anot üzerinde yer alan küçük kanallar geçerken elektron bu molekülden ayrılarak ve molekül iyon yapıya dönüşür. Elektron geçişine izin vermeyen elektrolit sadece hidrojen iyonunun geçişine ve katot elektrota ulaşmasına izin verir. Elektronsa harici bir devreden katoda gönderilir. Katotta buraya gönderilen O2 elektrolit üzerinde gelen hidrojen iyon ve dış devreden gelen elektron tepkimeye girerek çevrimi tamamlar.
Açığa ise saf su çıkar. Dış devre üzerindeki elektron hareketiyse elektrik akımını oluşturur. Bu elektrik akımı direkt (DC) bir akımdır. Reaksiyon neticesi ayrıca ısı enerjisi de elde edilir. Yakıt pillerinde reaksiyonun hızını arttırmak için katalizör kullanımı da düşünülebilir.
Yakıt pilindeki anot, katot ve elektrolitten oluşan her bir birime "Membran Elektrot Grubu" denir. Her bir membran elektrot grubundan sağlanan elektriksel gerilim değeri 1.2 volt düzeylerinde iken bu değer reel değer olarak 1 voltun altına düşer. Yüksek gerilim elde etmek için ise her bir membran elektrot grubu seri olarak bağlanır ve istenilen gerilim seviyesine ulaşılır. Bu sisteme "Yakıt Pili Ünitesi" ismi verilir. Daha yüksek akım elde etmek için ise temelde yüksek akımlara ulaşmak için tepkimeye giren molekül sayısını arttırmak gereklidir. Bu ise anot, katot ve elektrolit yüzeylerinin arttırılmasıyla sağlanabilir.
T1 atık ısı sıcaklığı ve T2 maksimum çalışma sıcaklığı olup bu sıcaklık arttıkça verim artmaktadır. Fakat bu sıcaklık malzeme dayanım limitleriyle sınırlıdır. Hidrojen için bu teorik verim değeri üst ısıl değer için %83 alt ısıl değer için ise %98 seviyelerindedir. Teorik hidrojen yakıt pili teorik hücre gerilimiyse 1.229 volttur. Gerçekteyse bu gerilim, kayıplar sebebiyle 1 voltun altına düşmektedir. Dolayısıyla gerçek verimde teorik verimin altında oluşmaktadır.
Yakıt pillerinin verimi yüksek olduğu kadar enerji yoğunluğu da yüksektir. 2 MW'lık bir güç istasyonu 20 m² kadar bir alana kurulabilir. Bu halde elektriğin tüketicilerin bulunduğu yerleşim alanlarından uzakta üretilmesine gerek kalmamaktadır. Böylece santrallerden tüketicilere kadar uzanan binlerce kilometrelik iletim hatlarına, aradaki transformatörlere de gereksinim duyulmayacaktır. Ayrıca iletim hatlarında meydana gelen elektrik kayıpları da engellenmektedir.
