Brandstofcel
Definitie
Een brandstofcel is een elektrochemisch apparaat dat chemische energie uit een brandstof direct omzet in elektriciteit, warmte en water, zonder verbranding.
Omschrijving
Een brandstofcel werkt door middel van een elektrochemische reactie tussen waterstof (als brandstof) en zuurstof (uit de lucht). Hierbij worden waterstofmoleculen gesplitst in protonen en elektronen, waarbij de elektronen een elektrische stroom opwekken. De protonen reageren vervolgens met zuurstof om water te vormen als enig bijproduct.Brandstofcellen bestaan uit verschillende lagen, waaronder een anode, een kathode en een elektrolyt. De meest gebruikte typen zijn de PEM-brandstofcel (Proton Exchange Membrane) en de SOFC-brandstofcel (Solid Oxide Fuel Cell). PEM-brandstofcellen worden vaak toegepast in voertuigen en draagbare toepassingen vanwege hun lage werktemperatuur en snelle opstarttijd. SOFC-brandstofcellen worden gebruikt voor stationaire energieopwekking vanwege hun hoge efficiëntie en mogelijkheid om verschillende brandstoffen te gebruiken.
Toepassingen van brandstofcellen zijn onder andere
Vervoer
waterstofauto's, bussen en treinen.
Energieopwekking
back-upstroomvoorziening en decentrale energieproductie.
Draagbare apparaten
laptops, telefoons en militaire uitrusting.
Onderhoud en duurzaamheidsaspecten
Brandstofcellen hebben een lange levensduur en produceren geen schadelijke emissies, waardoor ze een duurzame energieoplossing zijn. Wel vereisen ze regelmatig onderhoud van de katalysator en het elektrolytmateriaal om optimale prestaties te behouden.
Problemen en uitdagingen
- Hoge productiekosten vanwege het gebruik van edelmetalen zoals platina.- Beperkte beschikbaarheid van waterstofinfrastructuur.- Energieverlies bij de productie en opslag van waterstof.
Voorbeelden of casestudies
- De Toyota Mirai, een waterstofauto die gebruikmaakt van PEM-brandstofcellen.- Stationaire brandstofcellen voor energieopwekking in ziekenhuizen en datacenters.