تشبه خلية الوقود سائر أنواع البطاريات الكهربائية في أنها وسيلة لإنتاج القدرة الكهربائية عن طريق حدوث تفاعل كيميائي، ولكنها تختلف عن البطاريات الكهربائية في عدم وجود المواد المتفاعلة مع الألواح، بل يتم تغذية هذه المواد أثناء حدوث التفاعل، ويمثل الوقود أحد هذه المواد، وقد يكون هيدروجين على هيئة غاز بينما تستخدم إحدى المواد المؤكسدة معه مثل غاز الأوكسجين أو الهواء وتتحد المادتان من خلال تفاعل كيميائي لتكوين الماء الذي تتم إزالته من الخلية بالتبخير، وتظل الخلية تعمل طالما يتم تزويدها بالهيدروجين والأوكسجين ويتم التخلص من الماء وتتولد القدرة على هيئة تيار كهربي مستمر وتعتبر
خلية الوقود خلية أولية
خلية الوقود خلية أولية أي أنها تختزن الطاقة على هيئة مواد كيميائية والتي يمكن تحويلها عند اللزوم إلى طاقة كهربائية من خلال تفاعل أكسدة واختزال تلقائي غير انعكاسي، وهذا النوع من الخلايا يتوقف عن العمل عندما تستهلك مادة المصعد وتنضب أيونات نصف خلية المهبط، كما أنه لا يمكن إعادة شحنها ولا يمكن إعادتها إلى مكوناتها الأصلية لأنها خلايا غير انعكاسية
تركيب وتشغيل خلية الوقود
تعمل خلية الوقود على نفس المبادئ الأساسية لطريقة عمل البطارية الأولية فيما عدا الفصل بين عمل كل من الالكترودين والمواد المتفاعلة فيتم تثبيت لوحين متوازيان من مادة مسامية موصلة للكهرباء، ثم يُملأ الفراغ بينهما بمحلول إلكتروليتي مثل محلول هيدروكسيد البوتاسيوم في الماء، ويقوم المحلول الإلكتروليتي بتخلل مسام الالكترودين بينما يوجد غاز الأوكسجين حول الآخر، ويتخلل كل غاز منهما مسافة من سمك الالكترود دون العبور إلى الالكترود الآخر حيث يمثل المحلول الإلكتروليتي عائقا يحول دون حدوث ذلك، ويذوب جزء من الغاز في المحلول الإلكتروليتي، وينتشر خلاله حتى يبلغ السطح المبلل للإلكترود الخاص به وبهذه الكيفية يتم يغطى سطح كل إلكترود بطبقة رقيقة من أحد الغازين. ولا تكون هذه الطبقة ذات طبيعة غازية بل يتم امتصاصها على سطح الالكترود فقط
ويكون الآنود- الالكترود الموجب- المغطي بالهيدروجين ملامساً للمحلول الإلكتروني الذي يضم أيونات الهيدروكسيد السالبة الشحنة فإذا تحركت ذرة الهيدروجين بعيداً عن سطح الالكترود مخلفةً أحد الإلكترونات أصبح بإمكانها الأتحاد مع أيون الهيدروكسيد، لتكوين جزئ الماء ويصاحب حدوث ذلك التفاعل إنتاج مقدار من الطاقة يمكن الاستفادة بها على هيئة قدرة كهربية من الخلية وتعتمد إمكانية حدوث ذلك على طبيعة سطح الالكترود، وعلى درجة الحرارة وعدد من ظروف التشغيل الأخرى، ويعد السطح المغطى بحبيبات دقيقة من البلاتين سطحاً فعالاً في هذه الحالة كما أن العالم الإنجليزي “فرانسيس بيكون” حصل على نتائج طيبة بإستخدام النيكل عند درجات حرارة عالية نسبياً ويعد حل مشكلة العثور على عامل حفاز فعال لحفز التفاعل على أسطح الكترودات الخلية دون أن يتأثر السطح ذاته
و يحدث تفاعل آخر مكمل للتفاعل الحادث عند الآنود، في المنطقة المواجهة للكاثود حيث يقوم الأوكسجين بإلتقاط الفائض من الإلكترونات ويتفاعل مع جزيئات الماء لتكوين أيونات هيدروكسيد، ويصاحب ذلك تحرير قدر آخر من الطاقة ويعد البلاتين عاملاً حفازاً بالغ الفاعلية في هذا التفاعل كذلك، ويمكن لخلية وقود مثالية تعمل على كل من غازي الهيدروجين والأوكسجين عند درجة الحرارة والضغط العاديين أن تقوم بتحويل كمية الطاقة المطلقة لتكوين الماء بكاملها وبطريقة مباشرة إلى طاقة كهربائية ويترتب على ذلك إمكان تشغيل الخلية عند جهد 1.23 فولت بغض النظر عن شدة التيار الناتج ويمثل ذلك طريقة أكثر فعالية للأستفادة بغاز الهيدروجين كوقود
