ประเภท

       เซลล์เชื้อเพลิงที่ยอมให้โปรตอนผ่าน (photon exchange membrane fuel cell)
       เซลล์เชื้อเพลิงแบบแอลคาไลน์ (alkaline fuel cell)
       เซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก (phosphoric acid fuel cell)
       เซลล์เชื้อเพลิงแบบโซลิดออกไซด์ (solid oxide fuel cell)
       เซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว (molten carbonate fuel cell)
       สรุป

       เซลล์เชื้อเพลิงที่ยอมให้โปรตอนผ่าน (photon exchange membrane fuel cell)

         การทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงที่ยอมให้โปรตอนผ่าน
               เซลล์เชื้อเพลิงที่ยอมให้โปรตอนผ่าน   ใช้โพลิเมอร์เมมเบรนเป็นอิเล็กโตรไลต์
์               ขั้วแอโนด เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของแก๊สไฮโดรเจน โดยโปรตอนไหลผ่านแผ่นพอลิเมอร์ และอิเล็กตรอนไหลผ่านวงจรภายนอก ดังสมการ

2H2 4H++ 4e-

               ขั้วแอโนด  เมื่อโปรตอนและอิเล็กตรอนไหลไปเจอกับแก๊สออกซิเจน โดยอาศัยตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งทำจากแพลตินัม จะเกิดปฏิกิริยารีดักชันได้น้ำบริสุทธิ์ออกมา

4H+ + 4e- + O2 2H2O

               ดังนั้น ปฏิกิริยารวมของเซลล์เชื้อเพลิงนี้ คือ

2H2+ O2 2H2O

          การประยุกต์

       เซลล์เชื้อเพลิงแบบแอลคาไลน์ (alkaline fuel cell)

          การทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงแบบแอลคาไลน์
               เซลล์เชื้อเพลิงแบบแอลคาไลน์ อิเล็กโตรไลต์ที่ใช้คือ โปแตสเซียมไฮดรอกไซด์เหลว (KOH)
               ไฮดรอกไซด์ไอออน(OH^-) เคลื่อนที่จากขั้วแคโทดไปยังขั้วแอโนด ที่ขั้วแอโนด แก๊สไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับไฮดรอกไซด์ไอออนให้น้ำและอิเล็กตรอน หลังจากนั้นอิเล็กตรอนที่ขั้วแอโนดทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไปที่ขั้วแคโทด อิเล็กตรอนทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนและแก๊สไฮโดรเจนให้ไฮดรอกไซด์ไอออนซึ่งสามารถกลับไปเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ใหม่อีกครั้ง
          ปฏิกิริยาเคมีของเซลล์เชื้อเพลิงแบบแอลคาไลน์
               แอโนด: H₂(g) + 2OH^-(aq) -> 2H₂O(l) + 2e^-
               แคโทด: 1/2O₂(g) + H₂O(l) + 2e^- -> 2OH^-(aq)
               ปฏิกิริยาของเซลล์: H₂(g) + 1/2O₂(g) -> H₂O(l)
          การประยุกต์
               นาซ่าเลือกเซลล์เชื้อเพลิงแบบนี้เพื่อใช้ในกระสวยอวกาศ เช่นเดียวกับยานอวกาศอะพอลโล(Apollo) เพราะให้พลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 70% และให้น้ำดื่มกับนักบินอวกาศ

               เซลล์เชื้อเพลิงแบบแอลคาไลน์ ที่ใช้ในยานอวกาศอะพอลโล พัฒนาโดย United Technologies Corp.
               ปี 1998 The Zero Emission Vehicle Company(ZEVCO) บริษัทผลิตยานพาหนะ เริ่มนำรถแท็กซี่ต้นแบบออกขายในลอนดอน ประเทศอังกฤษ รถแท็กซี่ให้กำลังไฟฟ้า 5,000 วัตต์ ซึ่งไม่ก่อให้เกิดแก๊สพิษจากท่อไอเสียและเสียงดังน้อยกว่าเครื่องยนต์ชนิดเผาไหม้ภายใน ซึ่ง ZEVCO ใช้โคบอลต์(Co) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแทนแพลตินัม(Pt) ซึ่งมีราคาแพง
               นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตยานพาหนะทางการค้า เช่น รถตู้, เรือ

       เซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก (phosphoric acid fuel cell)

          การทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก
               เซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก  ใช้กรดฟอสฟอริก(H₃PO₄) เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์                ไฮโดรเจนไอออนเคลื่อนที่ผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์จากแอโนดไปยังแคโทด อิเล็กตรอนซึ่งเกิดที่ขั้วแอโนดให้กระแสไฟฟ้าและกลับไปที่ขั้วแคโทด ซึ่งที่ขั้วแคโทด อิเล็กตรอนรวมตัวกับไฮโดรเจนไอออนและแก๊สออกซิเจนเกิดเป็นน้ำ ซึ่งใช้แพลตินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
          ปฏิกิริยาเคมีของเซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก
               แอโนด: H₂(g) -> 2H⁺(aq)+ 2e^-
               แคโทด: 1/2O₂(g) + 2H⁺(aq) + 2e^- -> H₂O(l)
               ปฏิกิริยาของเซลล์: H₂(g) + 1/2O₂(g)+ CO₂ -> H₂O(l) + CO₂
          การประยุกต์
               นักวิจัยที่ Los Alamos National Laboratory ศึกษาเซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก เพื่อนำไปพัฒนายานพาหนะไฟฟ้า
               มหาวิทยาลัย Georgetown พัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้เพื่อใช้ในรถประจำทางขนส่ง ซึ่งให้กำลังไฟฟ้า 50 กิโลวัตต์

               4 ปีต่อมาสามารถผลิตเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ ซึ่งให้กำลังไฟฟ้า 100 กิโลวัตต์ แต่ต้องอุ่นเครื่องก่อนใช้ ดังนั้นจึงเป็นข้อจำกัดในการนำมาใช้กับรถยนต์ส่วนบุคคล

      เซลล์เชื้อเพลิงแบบโซลิดออกไซด์ (solid oxide fuel cell)

          การทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงแบบโซลิดออกไซด์
               เซลล์เชื้อเพลิงแบบโซลิดออกไซด์ เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้สารเซรามิกเป็นอิเล็กโตรไลต์ ซึ่งสารที่ใช้มากคือ สารประกอบของเซอร์โคเนีย โดยให้ความร้อนสารละลายอิเล็กโทรไลต์ 1,000 องศาเซลเซียส ไอออนออกซิเจนเคลื่อนที่จากแคโทดไปยังแอโนด แก๊สไฮโดรเจนซึ่งอยู่ที่ขั้วไฟฟ้าแอโนดทำปฏิกิริยากับไอออนออกซิเจนให้น้ำและอิเล็กตรอน ซึ่งอิเล็กตรอนจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า
          ปฏิกิริยาเคมีของเซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดโซลิดออกไซด์
               แอโนด: H₂(g) -> 2H⁺(aq)+ 2e^-
               แคโทด: 1/2O₂(g) + 2H⁺(aq) + 2e^- -> H₂O(l)
               ปฏิกิริยาของเซลล์: H₂(g) + 1/2O₂(g)+ CO₂ -> H₂O(l) + CO₂
          การประยุกต์

               การใช้งานของเซลล์เชื้อเพลิงแบบโซลิดออกไซด์สำหรับครัวเรือนขนาด 1 kW ของบริษัท Sulzer Hexis ที่จ่ายทั้งกระแสไฟฟ้าและน้ำร้อน

               หน่วยผลิตไฟฟ้าขนาด 220 กิโลวัตต์ ประกอบด้วยเซลล์เชื้อเพลิงแบบโซลิดออกไซด์ และเครื่องกังหันแก๊ส (micro turbine) ผลิตโดย Siemens Westinghouse

       เซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว (molten carbonate fuel cell)

          การทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว
               เซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว  อิเล็กโตรไลต์ที่ใช้เป็นพวกเกลือคาร์บอเนตหลอมของโซเดียม(sodium) และโพแทสเซียม(potassium)ในเซรามิกเมตริก(ceramic matrix)ของ ลิเทียมอลูมิเนต (LiAlO₂) โดยทำให้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ร้อนประมาณ 650 องศาเซลเซียส จะสามารถเหนี่ยวนำไอออนของคาร์บอเนต (CO₃^2-) จากขั้วแคโทด(cathode)ไปแอโนด(anode) ที่ขั้วแอโนด แก๊สไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับไอออนของคาร์บอเนตผลิตน้ำ, แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนผ่านวงจรภายนอกให้พลังงานไฟฟ้าและกลับไปที่แคโทด แก๊สออกซิเจนจากอากาศและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์กลับไปที่ขั้วแอโนด ทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนเกิดคาร์บอเนต (CO₃^2-) กลับไปเติมเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์
          ปฏิกิริยาเคมีของเซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว
               แอโนด: H₂(g) + CO₃^2- -> H₂O(g) + CO₂(g) + 2e^-
               แคโทด: 1/2O₂(g) + CO₂(g) + 2e^- -> CO₃^2-
               ปฏิกิริยาของเซลล์: H₂(g) + 1/2O₂(g) + CO₂(g) -> H₂O(g) + CO₂(g)
          การประยุกต์
               เซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว ต้องใช้อุณหภูมิสูงในการทำงาน ดังนั้นจึงถูกจำกัดการใช้ในโรงงานไฟฟ้าเท่านั้น
ในปี 1990 บริษัท Ishikawajima ในญี่ปุ่น สามารถผลิตเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ซึ่งให้กำลังไฟฟ้า 1,000 วัตต์ ทำงานได้ 10,000 ชั่วโมงติดต่อกัน
               ในขณะนี้บริษัทในญี่ปุ่นอย่างน้อย 10 บริษัทนำเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มาใช้
               ในปี 1997 ที่รัฐอิลินอยล์ติดตั้งเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ 250 กิโลวัตต์

สรุปเซลล์เชื้อเพลิงแต่ละประเภท

ประเภทของ เซลล์เชื้อเพลิง สารละลาย อิเล็กโทรไลต์ ทำงานที่ อุณหภูมิ(OC) การประยุกต์ ข้อดี ข้อเสีย ที่ยอมให้โปรตอนผ่าน โพลิเมอร์เมมเบรน 60 - 80 - การขนส่ง - ยานพาหนะ - โรงไฟฟ้า - อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ เคลื่อนย้ายได้สะดวก - ไม่ต้องใช้เวลาอุ่นเครื่อง - ใช้อุณหภูมิต่ำ - ไม่มีปัญหาการสึกกร่อน ของอิเล็กโทรไลต์ - ไวต่อเชื้อเพลิงที่มีสิ่งปนเปื้อน แอลคาไลน์ โพแทสเซียม ไฮดรอกไซด์ (KOH) 90 - 100 - การขนส่ง - การทหาร - ยานอวกาศ - เรือดำน้ำ - ปฏิกิริยาที่แอโนด เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว - ให้แก๊ส CO2 เป็นผลิตภัณฑ์ กรดฟอสฟอริก กรดฟอสฟอริก (H3PO4) 175 - 200 - การขนส่ง - โรงไฟฟ้าแบบ ความร้อนร่วม - ประสิทธิภาพ 85% - ใช้แก๊สไฮโดรเจนที่มี สิ่งเจือปนเป็นเชื้อเพลิงได้ - ใช้แพลทินัมซึ่งมีราคารแพงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา - ให้กระแสไฟฟ้าน้อย - ขนาดใหญ่ คาร์บอเนตหลอมเหลว โซเดียม คาร์บอเนต (Na2CO3) 600 - 800 - โรงไฟฟ้าแบบ ความร้อนร่วม - ประสิทธิภาพสูง - ปรับชนิดของเชื้อเพลิง ได้หลายแบบ - ตัวเร่งปฏิกิริยาราคาถูก - อุณหภูมิสูงทำให้เกิดการสึกกร่อนและสารประกอบของเซลล์เชื้อเพลิงเสียไป โซลิดออกไซด์ เซอร์โคเนียม ออกไซด์(ZrO2) 600 - 1000 - โรงไฟฟ้าแบบ ความร้อนร่วม - ประสิทธิภาพสูง - ตัวเร่งปฏิกิริยาราคาถูก - อุณหภูมิสูงทำให้เกิดการสึกกร่อนและสารประกอบของเซลล์เชื้อเพลิงเสียไป

[Top]