Ogniwo paliwowe to ogniwo galwaniczne, które w sposób ciągły przetwarza energię chemiczną paliwa w energię elektryczną na drodze elektrochemicznego utleniania tego paliwa. Dla ogniwa wodorowego paliwo stanowi wodór, a utleniacz tlen, a jedynymi produktami reakcji są energia elektryczna, ciepło i woda.
Podstawowe ogniwo paliwowe składa się z elektrolitu otoczonego z jednej strony anodą a z drugiej katodą. Elektrolit jest fizyczną barierą dla bezpośredniego mieszania się paliwa z utleniaczem oraz pozwala na przemieszczanie się ładunków elektrycznych w postaci jonów oraz rozpuszczonych substancji w kierunku elektrod. Elektrody zbudowane są zwykle z platyny lub jej stopów. Są one porowate aby zapewnić powstawanie granicy trzech faz pomiędzy nimi, elektrolitem a paliwem (lub utleniaczem) w formie gazowej lub ciekłej oraz zapobiec wnikaniu pęcherzyków gazu do elektrolitu. W tym momencie możemy zapytać jak w praktyce wygląda ta granica faz, najlepiej pokaże to poniższy rysunek:
Poniżej z kolei możemy poznać reakcje jakie zachodzą na elektrodach:
Membrana z polimeru jonoselektywnego (np. Nafion) pełni rolę elektrolitu. Ogniwo to określane jest jako PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) – ogniwo paliwowe z membaną jonowymienną. Przy zastosowaniu powietrza jako źródła tlenu maksymalne napięcie wytwarzane w pojedynczym ogniwie wynosi 1,18 V. Oczywiście ogniwa paliwowe łączy się, aby otrzymać żądane napięcie.
Oprócz ogniwa opartego na membranie wymiennej opracowano inne ogniwa paliwowe. Można je podzielić ze względu na ogniwa niskotemperaturowe:
- AFC (Alkaline Fuel Cells) – alkaliczne ogniwa paliwowe
- DMFC (Direct Methanol Fuel Cells) – metanolowe ogniwa paliwowe z bezpośrednim zasilaniem
- PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cells) – ogniwa paliwowe z kwasem fosforowym
oraz wysokotemperaturowe:
- MCFC (Molten Cabonate Fuel Cells) – ogniwa paliwowe ze stopionym węglanem
- SOFC (Solid Oxide Fuel Cells) – ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem.
Poniżej uproszczony schemat działania ogniwa paliwowego. Jak widać różni się ono od baterii, czy akumulatora stałym dopływem paliwa oraz utleniacza. Natomiast podobnie jak w bateriach, czy akumulatorach następuje ruch kationów i anionów, a w efekcie pojawienie się napięcia elektrycznego.
