Kjemikeren svarer

Hva skjer i en brenselcelle?

Spørsmål - fra jaba:
I lærebok i naturfag (Nexus) står det om brenselceller at hydrogen blir spalta til 2 H+ og 2 elektron.Protona går gjennom membranen, og reagerer med oksygenmolekyl (og elektrona) til vatn.Kva set i gang spaltinga av hydrogenmolekyla, korleis startar det heile?

Hei

Tillat meg å prøve å svare på det du spør om:

Spørsmålet du stiller er veldig bra! Når jeg foreleser om brenselceller spør jeg vanligvis publikum og meg meg selv eksakt det samme: Hvordan vet hydrogenmolekylene at det på den andre siden av membranen venter dem noe godt, nemlig oksygen som det kan reagere med, til vann?

Svaret er ikke så enkelt, men her er noe:

I kjemien er det ikke slik at hydrogenmolekylene vet hva de skal gjøre, men "alle prøver alt med alle hele tiden". Det betyr at det hele tiden er H2-molekyler som treffer elektroden og aplittes til to H-atomer, og noen av disse splittes igjen til H+ ioner (protoner) og elektroner. Likeledes skjer de omvendte reaksjonene også hele tiden.....det innstiller seg en likevekt. Videre vil protonene hoppe (diffundere) i alle retninger, bl.a. innover i elektrolytten, samtidig som elektronene strømmer inn i elektroden og videre inn i den elektroniske kretsen.

Hvis den elektroniske kretsen er åpen, så trekker du ingen strøm. Da blir det en oppbygging av elektroner.....elektronene frastøtes fra den elektroniske kretsen og protonene tiltrekkes til denne elektroden, dvs de stanses fra netto diffusjon inn i elektrolytten. På samme måte; hvis du ikke tilfører noe oksygen på den andre siden, så kommer protonene dit ....det kan kanskje dannes litt H2...men det heler stanser opp....drivkraften er borte.

Men hvis det er oksygen der, og du trekker strøm i den elektroniske kretsen, ja da kan elektronene fortsette å strømme, og protonene som kommer gjennom elektrolytten finner elektroner og oksygen og danner vann. Antagelig kan man si at elektronene går til oksygenatomer og danner O2- som så reagerer med protonene...først til OH- og så til H2O).

Siden det hele tiden nå er avsetning på protoner og elektroner, så får vi en kontinuerlig gradient i det kjemiske potensialet til hydrogen gjennom membranen. Vanligvis nøyer vi oss med å forklare det som skjer med hydrogen med bare å si at det er en gradient i hydrogenaktiviteten...eller det elektrokjemiske potensialet til hydrogen. Men dette begrepet er altså litt vrient og abstrakt.

Men tilbake til dette at alle prøver alt med alle hele tiden: Hvis du tenker deg at du står et sted på elektroden eller inne i elektrolytten og ser på hydrogenaatomer eller protoner, så vil du se et vilt kaos; disse species farer i alle retninger hele tiden. Når brenselcellen er i bruk, er det en netto strøm i den ene retningen...og det er denne nettostrømmen eller diffusjonen som vi som regel forholder oss til. Men den er så liten i forhold til kaoset at du neppe ville legge merke til den lille forskyvningen. Kjemiske og elektrokjemiske prosesser er altså som regel bare en liten forskyvning av "bakgrunnskaoset", som skyldes termisk energi (varmen i systemet).

Dette kan forhåpentlig forklare hvordan H2-molekylene vet hva de skal gjøre (dvs de vet det ikke...de bare gjør alt...og når det er en drivkraft i en retning, så blir det en netto reaksjon i den retningen).

Hilsen Truls Norby

(Vist 9767 ganger.)

Emne(r): brenselcelle, hydrogen oksygen,

Vis alle emner