En brændselscelle er en elektrokemisk motor. En slags evighedsbatteri.

I modsætning til f.eks. et sædvanligt batteri i en bil, skal en brændselscelle nemlig ikke oplades en gang i mellem.

Den bliver hele tiden forsynet med brint og ilt. Så producerer den elektricitet, varme og ”resten” bliver vand.

Fælles for alle brændselsceller er, at hver enkelt enhed består af en elektrolyt og to elektroder – helt som i et sædvanligt batteri.

Men i en brændselscelle er fidusen den, at der hele tiden bliver ledt ilt til den ene elektrode samtidig med, at der ledes brint til den anden elektrode. En brændselscelle skal med andre ord ikke oplades som et almindeligt batteri. Den kan fungere hele tiden, når bare man sørger for at opretholde tilførslen af den nødvendige luft (ilt) og gas.

Et andet fælles træk ved brændselscellerne er, at de hver for sig leverer en spændingsforskel på ca. 1 Volt. Det betyder, at man har mulighed for at bygge dem sammen i seriekoblinger, så man på den måde får en såkaldt cellestak med lige præcis den spænding, man ønsker.

Princippet i alle brændselsceller er at få sat gang i en transport af elektroner – helt som i et almindeligt batteri.

I den ene af brændselscellernes elektroder (plus-polen) sker det ved kemiske reaktioner mellem luftens ilt og elektrodematerialet, hvorved der dannes brintioner, som transporteres gennem elektrolytten til minus-polen – ligesom når der vandrer elektroner indeni ledningen!

Der findes forskellige typer brændselsceller, og der forskes intensivt på at udvikle bedre, mere effektive, mindre ressourcekrævende og billigere anlæg. Nogle typer brændselsceller kræver ren hydrogen/brint mens andre også kan drives af methanol, naturgas og biogas.

I vores brintbil foregår det på den måde, at der er koblet en solcelle til et elektrolysekar. I karret er der H₂0. Når solen skinner, vil solcellerne producere nok energi til at elektrolysen af vandet går i gang. Og derved dannes der H₂ og O₂ i stedet! Når dette kobles til brændselscellen skabes der spænding – og bilen kører.

 

Der er mange fordele forbundet med at anvende solceller til elproduktion: Vi sparer på de fossile energikilder og undgår forurening og udledning af giftgasser til atmosfæren. Der er dog også ulemper forbundet med at anvende solceller: Solen skinner ikke hele tiden og ofte skinner den ikke på tidspunkter af døgnet, hvor vi har behov for energien.

Hydrogen eller brint som det også kaldes, er en god løsning til at opbevare energien i. Det er en sikker, effektiv og ren måde at lagre energi. Det er dog ikke så udbredt, da det endnu er for dyrt og der er problemer med opbevaringen.

Brintbilen

Brintbilen viser på en sjov måde fremtidsmulighederne i H₂-teknologien – altså den teknologi, hvor hydrogen og oxygen bruges som brændstof til at lave elektricitet via en brændselscelle.

Brintbilens konstruktion

Brintbilen har to tanke, som kan fyldes op med hhv. hydrogen og oxygen ved elektrolyse. Når tankene er fyldt op, bruger bilen sin brændselscelle til at lave strøm, som driver bilens elektromotor.

Hjertet i brintbilen er brændselscellen, der ses forrest på figuren herover. Cellen har to kamre, der er adskilt af en membran. Membranen har den egenskab, at den lader brintioner passere, men ikke elektroner. I hvert af kamrene uden på membranen er et metalnet, der fungerer som elektroder både under optankningen og strømproduktionen. Hvert kammer har et indgangshul til påfyldning af vand. Før brintbilen kan køre, skal der påfyldes vand, og brændstofferne (dvs.hydrogen og oxygen) skal laves.

Elektrolyse

Den nemmeste måde at fremstille hydrogen ved hjælp af elektricitet er, som i dette forsøg,  ved elektrolyse. Her sender man jævnstrøm gennem et kar med vand. Vandet skal være elektrisk ledende, derfor tilsætter man fortyndet svovlsyre, fortyndet natriumhydroxid, saltvand eller lignende.

Når der sendes strøm gennem vandet, vil vandmolekylerne dissocieres (adskilles) i H⁺-ioner og OH^–-ioner. Disse ioner trækkes hen mod henholdsvis den negative pol (katoden) og den positive pol (anoden).

Ved katoden optager to H⁺-ioner hver en elektron og danner hydrogen (H₂).

Ved anoden samles fire OH^–-ioner og frigiver dels O₂ (ilt), molekylært vand og fire elektroner. I denne proces afgives der elektroner fra oxidionerne i OH^–, der er sket en oxidation (oxidation = elektronafgivelse).

Det ses, at der efter nogen tid dannes gasser i reagensglassene. Det kan påvises, at disse gasser er hydrogen (H₂) ved den negative elektrode og oxygen (O₂) ved den positive elektrode, og at de bliver dannet i forholdet 2:1. Der er således sket en sønderdeling af vand, H₂O.