Ogniwo z elektrolitem zasadowym
(Alkaline Fuel Cell - AFC)

W ogniwie alkalicznym (AFC), którego schemat pokazano na rysunku poniżej, elektrolitem jest wodny roztwór zasady, najczęściej wodorotlenek potasu (KOH). Stosowane są dwa rozwiązania konstrukcyjne ogniw AFC: (A) przestrzeń pomiędzy elektrodami wypełnia membrana azbestowa nasiąknięta roztworem zasady (elektrolit statyczny), (B) elektrolit cyrkuluje w instalacji. Ogniwo, w którym zastosowano 85 % roztwór KOH pracuje w temperaturze 250°C, jeżeli natomiast stężenie roztworu KOH wynosi 35-50 % to temperatura pracy ogniwa jest niższa i wynosi 120°C. Katalizatorem reakcji może być nikiel (Ni), srebro (Ag), związki wolframu, tlenki metali lub metale szlachetne (np. platyna). Anodę stanowi siatka lub porowaty nikiel z maksymalną średnicą porów 16 μm po stronie elektrolitu i 30 μm po stronie gazu, natomiast katodą jest porowaty litowany tlenek niklu NiO z Ag. Paliwem jest wodór (H2), zaś utleniaczem tlen (O2). Sprawność wynosi 50 % przy temperaturze otoczenia 20°C.

Ogniwo z elektrolitem zasadowym, schemat

Schemat poglądowy ogniwa alkalicznego AFC. źródło: www.fctec.com

Reakcja na ANODZIE

2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e-

Reakcja na KATODZIE

O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

Zalety ogniw AFC to:

  • Wysoka sprawność,
  • Zastosowanie niedrogich materiałów konstrukcyjnych (węgiel, tworzywa sztuczne),
  • Względnie niedrogie katalizatory reakcji elektrodowych.

Wadami tych ogniw są:

  • Wrażliwość na dwutlenek węgla (CO2), w dostarczanych gazach, który powoduje przekształcanie KOH do nierozpuszczalnego węglanu (K2CO3), który niszczy porowatą strukturę elektrod i zakłuca podstawową reakcję mogniwa.
  • Z powyższego wynika konieczność stosowania H2 i O2 o najwyższej czystości, co eliminuje np. możliwość użycia powietrza atmosferycznego jako źródła tlenu.

Pierwsza instalacja systemu ogniw alkalicznych o większej mocy (5 kW) została zbudowana w połowie lat pięćdziesiątych. Była to instalacja z cyrkulującym elektrolitem - 30 % KOH. System pracował w temperaturze 200°C przy ciśnieniu 5 Mpa. Instalacja ta była modyfikowana i wykorzystywana w m.in. w misji Apollo.