Johdatus 5 tyyppiseen polttokennoon

Protoninvaihtokalvopolttokenno käyttää protoninvaihtokalvoa elektrolyyttinä. Tämän tyyppisissä polttokennoissa vetykaasua syötetään anodin läpi, kun taas happikaasua syötetään katodille protoninvaihtokalvon ollessa elektrolyyttinä niiden välillä. Sähkökemiallisen reaktion aikana anodilla oleva vetykaasu jakautuu protoneiksi ja elektroneiksi. Kun protonit kulkevat protoninvaihtokalvon läpi, elektronit virtaavat ulkoisen piirin läpi tuottaen sähköä. Katodilla happi yhdistyy protonien ja elektronien kanssa, jolloin sivutuotteena syntyy vesihöyryä. PEMFC:t tarjoavat etuja, kuten korkean tehotiheyden, nopean käynnistysajan ja korkean hyötysuhteen, joten niitä käytetään laajalti kuljetusajoneuvoissa, kuten autoissa ja kevyissä kuorma-autoissa.

Alkalinen polttokenno käyttää elektrolyyttinä kaliumhydroksidiliuosta. AFC:ssä vetykaasu hajoaa vetyioneiksi ja elektroneiksi anodilla. Vetyionit kulkevat kaliumhydroksidiliuoksen läpi, kun taas elektronit virtaavat ulkoisen piirin läpi tuottaen sähköä. Katodilla happi yhdistyy vetyionien ja elektronien kanssa, jolloin sivutuotteena syntyy vettä. AFC:t osoittavat korkean hyötysuhteen ja kestävyyden, mutta kaliumhydroksidiliuoksen syövyttävyyden vuoksi niitä käytetään laajasti tietyillä aloilla, kuten ilmailussa ja puolustuksessa.

Fosforihappopolttokenno käyttää fosforihappoa elektrolyyttinä. PAFC:issa vetykaasu jakautuu protoneiksi ja elektroneiksi anodilla. Protonit kulkeutuvat fosforihappoelektrolyytin läpi, kun taas elektronit virtaavat ulkoisen piirin läpi tuottaen sähköä. Katodilla happi yhdistyy protonien ja elektronien kanssa, jolloin syntyy vettä sivutuotteena. PAFC:t tarjoavat korkean hyötysuhteen muunnoksen ja vakauden, joita käytetään yleisesti generaattorisarjoissa ja yhteistuotantojärjestelmissä.

Kiinteäoksidipolttokenno käyttää kiinteää oksidimateriaalia elektrolyyttinä. SOFC:ssä vetykaasu hajoaa protoneiksi ja elektroneiksi anodilla. Protonit kulkeutuvat kiinteän oksidielektrolyytin läpi, kun taas elektronit virtaavat ulkoisen piirin läpi tuottaen sähköä. Katodilla happi hapettuu, kun se yhdistyy protonien ja elektronien kanssa muodostaen happi-ioneja. Nämä happi-ionit kulkevat kiinteän oksidielektrolyytin läpi takaisin anodille, jossa ne reagoivat vetykaasun kanssa tuottaen sivutuotteena vesihöyryä. SOFC:t tarjoavat etuja, kuten korkean hyötysuhteen muuntamisen, polttoainejoustavuuden ja pitkän käyttöiän, joten niitä käytetään yleisesti generaattoreissa ja yhteistuotantojärjestelmissä.

Sula karbonaattipolttokenno (MCFC) on myös korkean lämpötilan polttokenno, joka käyttää sulaa karbonaattia elektrolyyttinä. MCFC:ssä polttokaasu koostuu tyypillisesti vedyn ja hiilidioksidin seoksesta. Nämä kaasut hajoavat karbonaatti-ioneiksi ja elektroneiksi anodin reaktioalueella. Karbonaatti-ionit voivat kulkeutua sulan karbonaattielektrolyytin läpi korkeissa lämpötiloissa ja katodireaktiovyöhykkeellä yhdistyä hapen kanssa muodostaen vettä, hiilidioksidia ja elektroneja. Elektronit virtaavat ulkoisen piirin läpi tuottaen sähköä. MCFC-yhdisteiden käyttölämpötila on yleensä 600-700 celsiusastetta.