การศึกษาเซลล์เชื้อเพลิงแบบแผ่นแลกเปลี่ยนอิออน

Abstract

ในการศึกษาครั้งนี้ได้สร้างเซลล์เชื้อเพลิงแบบแผ่นแลกเปลี่ยนอิออน โดยใช้แผ่นแลกเปลี่ยนอิออนเป็นอิเลกโตรไลต์ ซึ่งมีตะแกรงสเตนเลสชุบด้วยพลาตินัมดำเป็นขั้วไฟฟ้า ทั้งนี้ใช้แกสไฮโดรเจน และออกซิเจนหรืออากาศที่ความดันหนึ่งบรรยากาศเป็นเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดส์ตามลำดับ การทดลองทำโดยการศึกษาการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงแบบแผ่นแลกเปลี่ยนอิออนภายใต้เงื่อนไขและภาวะการณ์ต่าง ๆ กัน ผลการทดลองชี้ให้เห็นว่าความหนาของแผ่นแลกเปลี่ยนอิออนและความเข้มข้นของกรดซัลฟุริกที่ใช้ปรับสถานะ ไม่มีผลต่อการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงแบบแผ่นแลกเปลี่ยนอิออน การปรับสมดุลแผ่นแลกเปลี่ยนอิออนด้วยกรดซัลฟุริกความเข้มข้น 1 โมลต่อลิตร, 3.85 โมลต่อลิตร และ 6 โมลต่อลิตร เมื่อนำมาใช้เป็นอิเลกโตรไลท์ในเซลล์เชื้อเพลิงจะทำให้ได้กำลังไฟฟ้ามากขึ้น โดยเฉพาะเมื่อปรับสมดุลด้วยกรดซัลฟุริกความเข้มข้น 1 โมลต่อลิตร ในกรณีที่เซลล์เชื้อเพลิงใช้แผ่นแลกเปลี่ยนอิออนที่ได้จากการปรับสถานะ ปรากฎว่ากำลังไฟฟ้าจากเซลล์เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โดยช่วงของอุณหภูมิที่ใช้ในการทดลองอยู่ในช่วง 300 K -350 K ส่วนผลของอัตราการไหลของแกสไฮโดรเจนและแกสออกซิเจน ไม่มีผลต่อการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงแบบแผ่นแลกเปลี่ยนอิออน ยกเว้นกรณีที่ใช้อากาศเป็นตัวออกซิไดส์ พบว่าอัตราการไหลของอากาศที่เหมาะสม คือ 30 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อนาที ผลการทดลองต่อเซลล์เชื้อเพลิงแบบแผ่นแลกเปลี่ยนอิออนเข้าด้วยกัน ทั้งแบบอนุกรมและแบบขนาน แสดงให้เห็นว่าเป็นไปตามกฎการต่อเซลล์ไฟฟ้าทุกประการ ระบบเซลล์เชื้อเพลิงนี้มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานเคมีไปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ในช่วง 37% ถึง 50% เมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้าใช้งานอยู่ในช่วง 0.6 โวลต์ ถึง 0.8 โวลต์ และค่าประสิทธิภาพแบบฟาราเดย์ของเซลล์เชื้อเพลิงแบบแผ่นแลกเปลี่ยนอิออนโดยเฉลี่ยเท่ากับ 91.89% ส่วนการทดสอบอายุการใช้งานของเซลล์เชื้อเพลิงแบบแผ่นแลกเปลี่ยน พบว่ากำลังไฟฟ้าของเซลล์ลดลงอย่างรวดเร็ว เพราะแผ่นแลกเปลี่ยนอิออนแห้งเนื่องจากขบวนการอิเลกโตรออสโมซิส