Polttokennojen perusperiaatteet ja kehitys
Polttokenno on energianmuuntamislaite. Se perustuu sähkökemian periaatteeseen, toisin sanoen ensiöakun toimintaperiaatteeseen. Polttoaineeseen ja hapettimeen varastoitunut kemiallinen energia muunnetaan isotermisesti sähköenergiaksi, ja todellinen prosessi on redox-reaktio. Polttokenno koostuu pääasiassa neljästä osasta, nimittäin anodista, katodista, elektrolyytistä ja ulkoisesta piiristä. Polttoainekaasu ja hapettava kaasu johdetaan vastaavasti polttokennon anodista ja katodista. Polttoainekaasu emittoi elektroneja anodilla, ja elektronit johdetaan katodiin ulkoisen piirin kautta ja yhdistetään hapettavan kaasun kanssa ionien tuottamiseksi. Sähkökentän vaikutuksesta ionit siirtyvät anodiin elektrolyytin kautta, reagoivat polttoainekaasun kanssa, muodostavat silmukan ja synnyttävät sähkövirran. Samanaikaisesti polttokenno tuottaa tietyn määrän lämpöä omasta sähkökemiallisesta reaktiostaan ja akun sisäisestä vastuksesta johtuen. Akun katodit johtavat elektronien lisäksi toimivat myös katalysaattorina redox-reaktiolle. Kun polttoaine on hiilivety, anodilla vaaditaan korkeampi katalyyttinen aktiivisuus. Anodit ja katodit ovat yleensä huokoisia reaktiokaasujen kulun ja tuotteen poistumisen helpottamiseksi. Elektrolyytti siirtää ioneja ja erottaa polttoainekaasun ja hapettavan kaasun. Kahden kaasun sekoittumisen estämiseksi akun sisäinen oikosulku aiheutuu, ja elektrolyytti on yleensä tiheä rakenne.