เซลล์เชื้อเพลิงคือ อุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า เซลล์เชื้อเพลิงแต่ละเซลล์ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า 2 ขั้วคือ แอโนด และแคโทด และมีอิเล็กโทรไลต์กั้นตรงกลางระหว่างขั้วไฟฟ้า เหมือนกับแบตเตอรี่ อิเล็กโทรไลต์ของเซลล์เชื้อเพลิงจะต้องเป็นตัวนำไอออนที่ดีแต่ไม่นำอิเล็กตรอน เนื่องจากจะทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร เซลล์เชื้อเพลิงให้กำเนิดไฟฟ้าโดยใช้หลักการของปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง ซึ่งเหมือนกับการทำงานของแบตเตอรี่ แต่เซลล์เชื้อเพลิงต่างจากแบตเตอรี่คือ แบตเตอรี่ใช้สารเคมีที่มีอยู่ในตัวเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตพลังงานไฟฟ้า ส่วนเซลล์เชื้อเพลิงไม่มีเชื้อเพลิงเก็บไว้ภายในตัวเอง เชื้อเพลิงและตัวออกซิแดนต์ต้องถูกส่งจากภายนอกเข้าไป ในกรณีที่ใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงและออกซิเจนจากอากาศเป็นตัวออกซิแดนต์จะได้ผลิตผลเป็นน้ำและกระแสไฟฟ้า ไม่มีการผลิตก๊าซเรือนกระจกเกิดขึ้น ดังนั้นพลังงานไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์เชื้อเพลิงจึงเป็นพลังงานสะอาด และช่วยลดโลกร้อน

เซลล์เชื้อเพลิงมีหลายชนิด โดยการแยกชนิดขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้เป็นหลัก ในที่นี้ขอกล่าวถึง 2 ชนิดที่ประสบความสำเร็จสูง นำไปใช้ได้จริง รวมถึงมีการผลิตสินค้าต้นแบบและทางการค้าออกสู่ตลาดแล้ว คือ

1. เซลล์เชื้อเพลิงเมมเบรนแบบแลกเปลี่ยนโปรตอน

กลไกการนำโปรตอนของแผ่นเมมเบรนต้องอาศัยความชื้นดังนั้นจึงต้องมีการรักษาความชื้นของแผ่นเมมเบรนให้สูงอยู่เสมอ ทำให้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ต้องทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียส ส่งผลให้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้สามารถนำไปใช้งานได้ง่ายในหลากหลายรูปแบบ นับตั้งแต่ใช้เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าในอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็ก เช่น โทรศัพท์มือถือ เครื่องผลิตพลังงานไฟฟ้าในโรงงานไฟฟ้าและรถยนต์ เช่น รถยนต์ไฟฟ้าของบริษัทอเมริกัน ฮอนด้า มอเตอร์ รุ่น FCX Clarity FCEV มีประสิทธิภาพการทำงานสูงถึง 60% ในขณะที่รถยนต์เติมน้ำมันปกติมีประสทธิภาพเพียง 20% การทำงานที่อุณหภูมิต่ำมีข้อเสียของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้คือ 1. ทำให้มีน้ำขังภายในเซลล์ ทำให้เกิดภาวะน้ำท่วมเซลล์ ปิดกั้นการเกิดปฏิกิริยาบนอิเล็กโทรด ส่งผลให้ประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงลดลงเมื่อมีการใช้อย่างต่อเนื่อง 2. เซลล์เชื้อเพลิงมีราคาแพงเนื่องจากใช้แพลทินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาบนขั้วไฟฟ้า ดังนั้นหลักสำคัญของงานวิจัยและพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้คือ การทำให้อุณหภูมิการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงเพิ่มสูงขึ้น และลดต้นทุนการผลิต โดยเฉพาะลดการใช้แพลทินัม แต่ยังคงประสิทธิภาพการทำงานให้ดีเหมือนเดิม

นอกจากใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง ยังสามารถใช้เมทานอลและเอทานอลโดยตรง เรียกว่า เซลล์เชื้อเพลิงไดเรกต์เมทานอล และเซลล์เชื้อเพลิงไดเรกต์เอทานอล ตามลำดับ การใช้ของเหลวเป็นเชื้อเพลิงที่กล่าวมาข้างต้นนี้มีข้อดีคือ ช่วยลดปัญหาการกักเก็บและขนส่งเชื้อเพลิงโดยสามารถใช้ระบบที่ใช้กับน้ำมัน แต่มีปัญหาในเรื่องประสิทธิภาพการทำงานและความหนาแน่นกำลังไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับการใช้ก๊าซไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง นอกจากนี้ยังมีปัญหาการรั่วซึมของเชื้อเพลิงผ่านแผ่นเมมเบรนเมื่อใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลานาน

2. เซลล์เชื้อเพลิงของแข็งออกไซด์

เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีเซรามิกเกือบทั้งหมดเป็นองค์ประกอบ และไม่จำเป็นต้องใช้แพลทินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แต่ต้องใช้อุณหภูมิสูงในการทำงาน โดยมีอุณหภูมิการทำงานสูงกว่า 800 องศาเซลเซียส การทำงานที่อุณหภูมิสูงมีข้อดีคือ ไม่มีปัญหาน้ำท่วมเซลล์ และทำให้สามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลากหลายชนิด เช่น ก๊าซธรรมชาติ น้ำมันดีเซล ไบโอดีเซล โพรเพน น้ำมันเบนซิน และถ่านหิน แต่การทำงานที่อุณหภูมิสูงก็มีข้อเสียคือ ปัญหาการสรรหาวัสดุที่ทนอุณหภูมิสูงสำหรับส่วนประกอบต่างๆ ของระบบเซลล์เชื้อเพลิง การเพิ่มค่าใช้จ่ายจากการใช้ฉนวนเก็บความร้อน และการเสียเวลาและพลังงานในการเพิ่มอุณหภูมิของระบบเซลล์เชื้อเพลิง ดังนั้นหลักสำคัญของงานวิจัยและพัฒนาของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้คือ การลดอุณหภูมิการทำงานลง

ที่มา:

1. รจนา พรประเสริฐสุข. "เซลล์เชื้อเพลิง...อุปกรณ์ผลิตพลังงานไฟฟ้าแห่งอนาคต" เทคโนโลยีวัสดุ. 60 : 26-32 : กรกฎาคม - กันยายน 2553.

2. ASTVผู้จัดการออนไลน์. (2556, ธันวาคม 21). "Honda FCEV Concept : ต้นแบบพลังเซลล์เชื้อเพลิง." [ออนไลน์]. เข้าถึงได้จาก : http://www.manager.co.th/Motoring/ViewNews.aspx?NewsID=9560000155818 (วันที่ค้นข้อมูล : 17 กรกฎาคม 2557).

MTEC
BIOTEC
NECTEC
NANOTEC

tsp

AIMI

nctc

ตราโลโก้ ศูนย์เทคโนโลยีเพื่อความมั่นคงของประเทศและการประยุกต์เชิงพาณิชย์ (Logo of National Security and Dual-Use Technology Center: NSD)

ฐานข้อมูลหน่วยงานภาครัฐ

 
สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)
เป็นหน่วยงานของรัฐที่จัดตั้งขึ้นเพื่อศึกษาวิจัยและพัฒนาทางด้านวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีเพื่อการพัฒนาประเทศไทย ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อแสวงหากำไร
หากท่านพบว่ามีข้อมูลใดๆ ที่ละเมิดทรัพย์สินทางปัญญาปรากฏอยู่ในเว็บไซต์ของสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
โปรดแจ้งให้ทราบเพื่อดำเนินการแก้ปัญหาดังกล่าวโดยเร็วที่สุดต่อไป