Membran, hücrenin su dengesinin belirlendiği kritik bileşen
Proton Değişim Membranlı Hidrojen Yakıt Hücrelerinde (PDMYH), membranın sürekli ıslak kalabilmesi için buharlaşan su miktarının, üretilen su miktarına eşit olması gerekir. Bu denge, hücrenin çalışma verimliliği açısından belirleyici bir rol oynar ve su yönetiminin merkezinde yer alır.
Su fazlalığının yarattığı boğulma sorunu
Eğer su çok yavaş buharlaşırsa, bu kez elektrotlar fazla su ile boğulur. Bu durumda reaksiyona giren maddeler katalizöre ulaşamaz ve reaksiyon durur. Yani suyun çokluğu da hücrenin çalışmasını engelleyecek düzeyde bir sorundur.
Su eksikliğinin yarattığı kuruma ve çatlama zinciri
Eğer su fazla buharlaşırsa membran kurur. Kuruyan membranın direnci artar ve nihayet çatlar. Bu çatlamalar da gaz kaçaklarına yol açar. Çatlaklarda oksijen ve hidrojen doğrudan birleşerek ısı açığa çıkarır. Bu durum da hücreye zarar verir.
Yönetim çabaları
Yakıt hücresi şirketleri ve akademisyenler su yönetimine ilişkin metotlar geliştirme çabasındadırlar. Bu çaba, membranın doğru ıslaklık durumunun korunmasının ne kadar karmaşık olduğunu göstermektedir.
Membranın hücre içindeki konumu ve görevi
Hidrojen–Oksijen tasarımında, proton ileten bir polimer membran (elektrolit) anot ve katotu birbirinden ayırır. Anot tarafında hidrojen, anot katalizöre yayınarak proton ve elektronlara ayrışır. Protonlar membran üzerinden katoda doğru ilerlerken, elektronlar membranın elektriksel olarak yalıtkan olması nedeniyle harici bir devre üzerinden akar ve elektrik akımı oluştururlar. Oksijen molekülleri katot katalizör üzerinde elektron ve protonlarla reaksiyona girerek su oluşturur; bu örnekteki tek atık ürün sudur.
Membran maliyeti ve alternatifleri
Proton Değişim Membranın üretim maliyeti, yakıt hücresi tasarımında önemli faktörlerden biridir. Nafion® membranın günümüz fiyatı 400 avro/m2’dir. Bu membran bir hidrokarbon polimer olan ITM Power membranı ile değiştirilerek fiyat yaklaşık 4 avro/m2’ye getirilebilir. 2005 yılında Ballard Power Systems şirketi, yakıt hücresinde DSM şirketince patenti alınan Solupor® (poröz polietilen film membran) kullanacağını duyurmuştur.
Membranla ilgili belirsizlik
Proton değişim mekanizmasının tam anlaşılamadığı 1970’lerde bu hücre, “katı polimer elektrolitli yakıt hücresi” olarak adlandırılmaktaydı. Bu bilgi, membranda hâlâ tam olarak çözülmemiş konular bulunduğunu göstermektedir.
Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.
