Ogniwa paliwowe - Historia Ogniw

Za twórcę ogniw paliwowych uważa się brytyjskiego fizyka i prawnika Williama R. Grove`a (1811-1896), który pierwszy zbudował i badał ogniwo paliwowe, natomiast działanie ogniwa jako pierwszy opisał niemiecki naukowiec Christian Friedrich Schönbein (1799-1868). Grove już w styczniu 1839 r. donosił o możliwości wytwarzania prądu elektrycznego wskutek połączenia wodoru i tlenu.

Termin "ogniwa paliwowe" po raz pierwszy został użyty przez Ludwiga Monda i Charlesa Langera w 1889 r., którzy tak nazwali urządzenie laboratoryjne zasilane CO i powietrzem. Pierwsze ogniwa paliwowe (H2/O2) zbudował w 1932 r. inż. Francis Bacon, a udoskonalili je Mond i Langer, którzy dzięki zastosowaniu elektrolitu alkalicznego (wodny roztwór KOH) mogli drogi katalizator platynowy zastąpić tańszym niklowym.

W 1842 r. Grove przedstawił swoje pierwsze ogniwo jako "gazową baterie" składającą się z pięciu ogniw zawierających tlen i wodór umieszczonych w szklanych ampułach, których otwarte końce były zanurzone w roztworze kwasu siarkowego stanowiącego elektrolit. Ogniwa te połączono ze sobą za pomocą platynowych elektrod. Tak skonstruowaną baterię połączono z elektrolizerem, który służył do obserwacji i oceny wielkości ładunku elektrycznego generowanego bezpośrednio z reakcji syntezy tlenu i wodoru. Na podstawie analizy zmian objętości gazów znajdujących się w ampułach Grove wykazał ścisłą korelację między objętością wodoru i tlenu, które wchodziły do reakcji chemicznych w poszczególnych ogniwach, a objętością gazów generowanych w elektrolizerze. Jakkolwiek wyjaśnienie reakcji chemicznych zachodzących w baterii gazowej było niemożliwe w oparciu o dostępną dla Grov'a wiedzę o reakcjach chemicznych, to należy przyznać, że przeprowadzony przez niego eksperyment dostarczył silnych argumentów podtrzymujących tezę, że elektryczność może być produkowana bezpośrednio z reakcji chemicznych zachodzących w procesie utleniania wodoru.

Budowa ogniwa paliwowego

Pierwsze ogniwo paliwowe zbudowane przez Williama R. Grove`a

To odkrycie było istotnym krokiem dla zrozumienia zasad zachowania energii i odwracalności reakcji chemicznych, a bateria gazowa Grove'a jest pierwszym ogniwem paliwowym ilustrującym ideę konwersji energii chemicznej bezpośrednio w elektryczną. Należy przyznać, że odkrycie dokonane przez Grove'a nie znalazło natychmiastowego uznania wśród badaczy i inżynierów. Świat w tym czasie był prawdopodobnie zafascynowany nadchodzącą rewolucją techniczną, silnikiem parowym i możliwością uzyskiwania energii elektrycznej w konwencjonalny sposób poprzez zamianę energii chemicznej paliwa na energię cieplną, następnie na pracę mechaniczną i dopiero na energię elektryczną. Prawdopodobnie z tego powodu prace Grove'a musiały czekać ponad sto lat na swoje powtórne odkrycie.

Wynalazek ten, przez bardzo długi czas niedoceniany, rozpoczął nową erę swej świetności dopiero w latach sześćdziesiątych XX wieku w związku z intensywnym rozwojem astronautyki. Do jeszcze większego zainteresowania tym nowym, alternatywnym źródłem energii przyczynił się zaistniały w latach siedemdziesiątych kryzys paliwowy. Obawy przed jego powtórzeniem zainicjowały etap wzmożonych badań i eksperymentów w zakresie ogniw paliwowych.


Osoby związane z rozwojem ogniw paliwowych


Christian Friedrich Schonbein

Christian Friedrich Schönbein, urodzony 18 października 1799 roku w Metzingen, Swabia (Niemcy), zmarł w Sauersberg (Niemcy) 29 sierpnia 1868 roku. Niemiecko-Szwajcarski chemik uważany za odkrywcę zasady działania ogniw wodorowych (1838). Opublikował ją w styczniowym wydaniu (1839) "Philosophical Magazine"


Sir William Robert Grove

Sir William Robert Grove, urodzony 1811 roku w Swansea w Walii (Anglia), zmarł w 1896 roku w Londynie. Brytyjski chemik i wynalazca. Skonstruował on pierwsze ogniwo paliwowe (1839), które produkowało energię elektryczną z reakcji łączenia wodoru i tlenu (odwrócenie procesu elektrolizy).


Dr Ludwig Mond

Dr Ludwig Mond, urodzony 7 marca 1839 roku w Kassel (Niemcy), zmarł 11 grudnia 1909 roku w Londynie. Studiował chemię na Uniwersytecie w Marburgu i Heidelbergu, ale studiów nigdy nie ukończył. Mond zastosował proces syntezy, destylacji i rozkładu termicznego tetrakarbonylku niklu do otrzymywania bardzo czystego niklu w swojej hucie w Walii. Proces ten do dziś jest z powodzeniem stosowany przy produkcji tego metalu. W 1889 roku Ludwig Mond oraz Karl Langer opublikowali nowości i ulepszenia, jakie wprowadzili do swojej poprawionej „baterii gazowej”. Zastosowali oni między innymi elektrody wykonane z porowatego metalu. Jedna z elektrod była wykonana z platyny, a druga ze złotej folii. W efekcie uzyskali przechodzące ich oczekiwania napięcie o wartości 0,73 V, ale wartość uzyskiwanego natężenia prądu płynącego w obwodzie była stosunkowo mała i podczas pracy malała.


Friedrich Wilhelm Ostwald

Friedrich Wilhelm Ostwald, urodzony 2 września 1853 roku w Rydze (Łotwa), zmarł 3 kwietnia 1932 roku w Grossbothen (Niemcy). Profesor chemii Politechniki w Rydze (1882-1887) i chemii fizycznej Uniwersytetu w Lipsku (1887-1906). W 1887 roku utworzył pierwszą w dziejach katedrę chemii fizycznej. Prowadził badania nad katalizą (podał jej definicję), równowagami chemicznymi, szybkością reakcji, termodynamiką oraz zjawiskami elektrochemicznymi: pracował nad teorią ogniw elektrochemicznych i teorią dysocjacji elektrolitycznej (dysocjacja). Odkrył prawo rozcieńczeń. W 1909 roku Ostwaldowi przyznano Nagrodę Nobla z chemii za badania nad katalizą, warunkami równowagi chemicznej i szybkością reakcji. W 1905 roku wraz z Walther-em H. Nerst-em zaprezentował teorię ogniwa paliwowego.


Walter Hermann Nernst

Walter Hermann Nernst, urodzony 25 czerwca 1864 roku w Wąbrzeźnie, zmarł 18 listopada 1941 roku w Zibelle. Niemiecki fizykochemik, profesor Uniwersytetu w Getyndze 1891–1905, Berlinie po 1905, dyrektor Instytutu Fizyki w Berlinie 1924–1933. W 1906 roku sformułował tzw. prawo Nernsta (zwane III zasadą termodynamiki). Laureat Nagrody Nobla z chemii w 1920 roku za prace w dziedzinie termochemii. W 1905 roku wraz z Wilhelm-em Ostwald-em zaprezentował teorię ogniwa paliwowego.


Francis Thomas Bacon

Francis Thomas Bacon, urodzony 21 grudnia 1904 roku w Ramsden Hall, Billericay, Essex (Anglia), zmarł 24 maja 1992 roku. W 1932 roku demnstruje swoje alkaliczne ogiwo paliwowe, ale dopiero w 1965 roku konstuuje on pierwsze wodorowo-tlenowe ogniwo paliwowe (5 KW)praktycznego zastosowania (zastosowane po raz pierwszy w lotach kosmicznych (Apollo). Pracowało ono z elektrolitem alkalicznym, a jako paliwa używano wodoru. Elektrody były wykonane z porowatego sprasowanego proszku niklowego, aby gaz mógł dyfundować przez elektrodę i być w kontakcie z elektrolitem. Wykorzystanie niklu zamiast platyny znacznie obniżyło koszt wytworzenia elektrod i jednocześnie całego ogniwa.

Polecam również: Fuel Cell History (Part 1) | (Part 2)