Bränsleceller

En bränslecell är en elektrokemisk enhet som omvandlar kemisk energi direkt till elektricitet genom redoxreaktioner mellan ett bränsle och en oxidant. Bränslet reagerar vid ena elektroden, medan oxidanten reduceras vid den andra. Elektrolyten tillåter jontransport mellan elektroderna utan förbränning, så målet är att generera elektrisk energi med vatten och värme som biprodukter.

Vanligt bränsle är väte och oxidanten är syre från luft. En bränslecell består av en anod, katod och elektrolyt. Vid anoden oxideras bränslet och protoner passerar genom elektrolyten till katoden, där syre reduceras. Elektronerna leds genom en yttre krets och levererar ström. Vanligtvis uppkommer endast vatten och värme som biprodukter när bränslet används i cellen.

De vanligaste typerna är PEM-fuel cell (protonutbytese membran, PEMFC), SOFC (solid oxide fuel cell), PAFC (phosphoric acid fuel cell), MCFC (molten carbonate fuel cell) och AFC (alkalisk fuel cell). PEMFC används ofta i fordon och små- till medelstora applikationer och kräver ren väte eller gröna bränslen. SOFC fungerar vid högre temperaturer och kan reformera råa bränslen direkt, vilket ger högre verkningsgrad för stationär kraftproduktion. PAFC, MCFC och AFC används i olika stationära tillämpningar med olika krav på temperatur, drift och bränslen.

Effektiviteten varierar mellan typer och systemkonfigurationer. Elektrisk verkningsgrad ligger ofta i intervallet cirka 40–60 procent, och i kombinerad värme- och kraftproduktion kan den totala verkningsgraden överstiga 80 procent. Fördelarna inkluderar låga utsläpp vid användning av gröna bränslen och tyst drift, men utmaningar finns i kostnad, livslängd, start- och uppvärmningstid samt infrastruktur för vätgasproduktion och distribution.

Historiskt utvecklades bränslecellerna under 1800-talet och senare, med betydande framsteg under 1960–70 talen. De användes i rymdfarkoster och har spridits till kommersiell användning efter 1990-talet, särskilt inom fordon och stationär kraftproduktion i olika skalor.