gorivni članak

ilustracija
GORIVNI ČLANAK s vodikom i kisikom

gorivni članak, elektrokemijski uređaj za izravnu pretvorbu kemijske energije u električnu, bez prethodne pretvorbe u toplinsku energiju. Iako je prvi gorivni članak izradio William Grove već 1839., njegova je primjena novijega datuma. Tek 1960-ih god. u okviru razvojnih istraživanja za potrebe američkog svemirskog programa bilježi se prva praktična primjena gorivnih članaka (program Gemini i Apollo, zatim Space Shuttle).

Gorivni članak sastoji se, kao i galvanski članak, od dviju elektroda, anode i katode, koje su odvojene elektrolitom. To su porozne elektrode propusne za ione, prevučene slojem katalizatora od plemenitih kovina (platina, paladij). Kao elektrolit mogu služiti mineralne kiseline, kalijeva lužina, karbonatna i kloridna talina, čvrsti oksidi, polimerni i keramički materijali i dr. Na anodu se dovodi neka prikladna tvar (tzv. gorivo) koja će se oksidirati, a na katodu sredstvo za oksidaciju (oksidans). Pri oksidaciji na anodi gorivo stvara pozitivne ione i oslobađa elektrone. Elektroni se s anode odvode vanjskim vodičem preko trošila do katode. Na njoj se, uz stvaranje negativnih iona, oksidans reducira elektronima nastalima na anodi. Negativni i pozitivni ioni se spajaju, a nastali se proizvod odvodi iz članka. Često je konačni proizvod reakcije isti kao da je gorivo izgorjelo u oksidansu uz izravnu pretvorbu kemijske u toplinsku energiju, pa odatle i potječe naziv gorivni članak.

Kao goriva u obzir dolaze plinovi vodik, formaldehid, amonijak, ugljikov monoksid, metan i prirodni plin, od tekućina metanol, etanol i hidrazin, a kao oksidans kisik (odn. zrak), fluor, klor, brom, vodikov peroksid i dušična kiselina. Do sada je najbolje istražen i u tehničkom smislu razvijen članak s vodikom kao gorivom i kisikom kao oksidansom. Obično se uzima čisti vodik, ali on može potjecati i od metana, prirodnoga plina ili bioplina podvrgnutih reformiranju, i to unutar gorivnoga članka ili izvan njega. Kada se vodik i kisik u plinovitu stanju dovedu u kontakt i aktiviraju, oni se spajaju u vodu i oslobađaju energiju. U gorivnom se članku ta ukupna reakcija sastoji od dviju reakcija koje se zbivaju na različitim elektrodama. U članku s kiselim elektrolitom (obično fosforna ili sumporna kiselina) vodikovi ioni stvoreni na anodi putuju kroz elektrolit i spajaju se u reakcijskom sloju katode s hidroksilnim ionima u vodu. U članku s alkalnim elektrolitom (kalijeva lužina) hidroksilni ioni stvoreni na katodi putuju kroz elektrolit u reakcijski sloj anode, gdje se s vodikovim ionima spajaju u vodu. Pritom elektroni u vanjskom električnom krugu putuju s anode na katodu, tj. članak je izvor električne struje.

Rad gorivnoga članka u načelu je obrnut od rada ćelije za elektrolizu. Dok u elektrolizi vode djelovanjem električne struje nastaju plinovi vodik i kisik, u gorivnom članku iz vodika i kisika nastaje voda uz pojavu električne struje. Za razliku od galvanskoga članka, koji sadrži ograničenu količinu reagirajućih tvari što se upotrebom troše, gorivni članak može raditi neograničeno dugo, sve dok se stalno dovode gorivo i oksidans. Gorivni članak može u načelu biti primaran, kada se reaktanti (gorivo i oksidans) dovode iz vanjskih spremnika a proizvod se reakcije (voda) odbacuje, te sekundaran, u kojem se proizvod reakcije regenerira u polazne reaktante uz utrošak energije.

Prednosti su gorivnih članaka visok stupanj djelovanja (40 do 65%), rad bez pokretnih dijelova, bez otpadaka i onečišćenja okoliša i bez buke. Zbog malog napona pojedinog članka više stotina članaka spaja se serijski u bateriju. Glavna je njihova primjena kao izvora energije u svemirskim letjelicama, a intenzivno se istražuju mogućnosti primjene za pogon automobila te za opskrbu energijom kućanskih aparata i elektron. uređaja (prijenosnih računala, telefona i sl.).

gorivni članak. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 12.12.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=22730>.