De reagentia in een brandstofcel
Wat is de oxidator en wat is de reductor in een brandstofcel?
Leerdoelen
•Welke vaste kenmerken een brandstofcel heeft
•Hoe een brandstofcel werkt
Wat is een brandstofcel?
Een brandstofcel is een apparaat dat chemische energie omzet in elektrische energie door middel van een elektrochimische reactie. Bij deze reactie worden brandstoffen zoals koolwaterstoffen (bijvoorbeeld methaan, ethaan of propaan) gebruikt en zuurstof uit de lucht als oxidator.
Verschil tussen een brandstofcel en een accu
Om de werking van een brandstofcel goed te begrijpen, is het belangrijk om het verschil met een accu te kennen. Een brandstofcel vereist dat de beginstoffen continu worden aangevoerd. Dit betekent dat er stofjes naar binnen gaan en andere stofjes naar buiten komen. In een autoaccu daarentegen, is het een gesloten systeem; er hoeft geen zuurstof verbruikt te worden omdat de reacties binnenin de accu plaatsvinden zonder externe aanvoer van stoffen.
Opbouw van een brandstofcel
Een brandstofcel bestaat uit twee halfcellen die gescheiden zijn door een membraan. Dit membraan laat bepaalde ionen door, maar voorkomt dat de oxidator en reductor zich mengen.
•Oxidator: Zuurstof (O2) uit de lucht.
•Reductor: Koolwaterstoffen zoals methanol of andere organische verbindingen.
Reacties in de halfcellen
Oxidator halfvergelijking
In de halfcel waar zuurstof werkt als oxidator, verloopt de onderstaande reactie: O_2+4H^{+}+4e^{-}\to2H_2OO_2+4H^{+}+4e^{-}\to2H_2O_2+4H^{+}+4e^{-}\to2HO_2+4H^{+}+4e^{-}\to2O_2+4H^{+}+4e^{-}\toO_2+4H^{+}+4e^{-}-O_2+4H^{+}+4e^{-}O_2+4H^{+}+4eO_2+4H^{+}+4O_2+4H^{+}+O_2+4H^{+}O_2+4HO_2+4O_2+O_2OOO-O-2O-O
Hierbij gaat zuurstof naar binnen en water naar buiten.
Reductor halfvergelijking
In de halfcel waar methanol als reductor werkt, is de reactie: CH_3OH+H_2O\to CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_{}H_3OH+H_2O\to CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_3H_3OH+H_2O\to CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_3H_3OH+H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_3H_3OH+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_3H_{83}OH+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_3H_8OH+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_3H_8O+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_3H_8O_{}+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6e^{-v}C_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6e^{-}C_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6eC_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+6C_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}+C_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2+6H^{+}C_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2+6HC_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2+6C_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2+C_3H_8O_3+3H_2O\to3CO_2C_3H_8O_3+3H_2O\to3COC_3H_8O_3+3H_2O\to3CC_3H_8O_3+3H_2O\to3C_3H_8O_3+3H_2O\toC_3H_8O_3+3H_2O-C_3H_8O_3+3H_2O-?C_3H_8O_3+3H_2O-C_3H_8O_3+3H_2OC_3H_8O_3+3H_2C_3H_8O_3+3HC_3H_8O_3+3C_3H_8O_3+C_3H_8O_3C_3H_8OC_3H_8C_3HC_3C
Totaalreactie van de brandstofcel
Om een totaalreactie op te stellen, moeten de halfreacties bij elkaar worden opgeteld. Het hogere aantal elektronen in de reductor halfvergelijking dwingt ons om deze reactie aan te passen. De uiteindelijke reactie is:
2CH_3OH+3O_2\to2CO_2+4H_2O2CH_3OH+3O_2\to2CO_2+4H_22CH_3OH+3O_2\to2CO_2+4H2CH_3OH+3O_2\to2CO_2+42CH_3OH+3O_2\to2CO_2+2CH_3OH+3O_2\to2CO_22CH_3OH+3O_2\to2CO2CH_3OH+3O_2\to2CO-2CH_3OH+3O_2\to2CO2CH_3OH+3O_2\to2C2CH_3OH+3O_2\to22CH_3OH+3O_2\to2CH_3OH+3O_2-2CH_3OH+3O_22CH_3OH+3O_{}2CH_3OH+3O_32CH_3OH+3O2CH_3OH+32CH_3OH+2CH_3OH2CH_3O2CH_32CH2C2
