ธิระศักดิ์ เสภากล่อม
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ณ วันนี้ เซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell) ได้ถูกพัฒนาขึ้นมาอย่างต่อเนื่องเพื่อใช้สำหรับยานยนต์ในการขับเคลื่อน อาคารธุรกิจ ที่อยู่อาศัย หรือแม้กระทั่งนำมาไปใช้ในอุปกรณ์ชิ้นเล็ก ๆ อย่างคอมพิวเตอร์แล็บท็อป ระบบเซลล์เชื้อเพลิงสามามารถที่จะให้ประสิทธิภาพสูงเกินกว่าขนาด (ตั้งแต่ 1 กิโลวัตต์ – 100 เมกะวัตต์) ในบางระบบสามารถที่จะให้ประสิทธิภาพถึง 80 % หรือมากกว่าเมื่อกระบวนการความร้อนถูกรวมเข้าด้วยกันกับกระบวนการกำเนิดกำลังงาน

ระบบเซลล์เชื้อเพลิงถูกบูรณาการขึ้นด้วยผลิตผลของไฮโดรเจน และกักเก็บเอาไว้เพื่อนำไปใช้สำหรับเป็นเชื้อเพลิงของยานยนต์ นำไปเป็นพลังงานให้กับระบบทำความร้อนหรือรระบบทำความเย็น หรือแม้แต่ผลิตไฟฟ้าให้เรานำมาใช้กัน และด้วยเป็นระบบที่สะอาด จึงเป็นสิ่งที่เหมาะสำหรับการผลิต รวมถึงมีความเชื่อมั่นสูงในการบริการด้านพลังงาน และมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ

การทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงนั้นจะทำงานโดยการเปลี่ยนเซลล์เชื้อเพลิงเป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรงที่ให้ประสิทธิภาพสูงกว่าการแปรรูปพลังงานด้วยวิธีการแบบไดนามิก คือต้องเปลี่ยนเป็นพลังงานกลเสียก่อนแล้วจึงเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าอีกทีหนึ่ง

เครื่องยนต์ไดนามิกที่ใช้การแปรรูปพลังงานชนิดนี้มีประสิทธิภาพโดยรวมกันน่าจะอยู่ในระดับ 30-40 เปอร์เซ็นต์ เท่านั้น ส่วนเซลล์เชื้อเพลิงในบางรูปแบบอาจเปลี่ยนพลังงานของเชื้อเพลิงไปเป็นไฟฟ้าได้ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ เพราะเป็นการแปรพลังงานทางเคมีโดยตรง

เซลล์เชื้อเพลิงทุกชนิดจะให้กระแสไฟฟ้าที่ 1.16 โวลต์ต่อเซลล์ ประกอบด้วยอิเล็กโตรด 2 ตัว คือตัวหนึ่งเป็นบวก (Anode) อีกตัวหนึ่งเป็นลบ (Cathode) และมีเคมีเป็นอิเล็กโตรไลต์ ที่จะพากระแสไฟจากขั้วหนึ่งไปอีกขั้วหนึ่ง และยังประกอบด้วยสารเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) ที่จะเร่งปฏิกิริยาของอิเล็กโตรดให้เกิดกระไฟฟ้ามากขึ้น

เชื้อเพลิงหลักของเซลล์เชื้อเพลิงก็คือ ไฮโดรเจน แต่ก็ยังคงต้องการออกซิเจนเข้าไปทำปฏิกิริยา ซึ่งอาจจะเป็นออกซิเจนล้วนหรือจากอากาศอัดเข้าไป จากการทำปฏิกิริยาต่อกันก็จะไม่เกิดมลภาวะมากนัก เพราะส่วนใหญ่ที่คายออกมาก็คือน้ำ

เซลล์เชื้อเพลิงในปัจจุบันมีอยู่หลายชนิด ที่แต่ละชนิดจะทำงานต่างกันออกไป แต่โดยทั่วไปอะตอมของไฮโดรเจนจะเข้าสู่เซลล์เชื้อเพลิงทางขั้นอาโนด และถูกปฏิกิริยาทางเคมีดึงอิเล็กตรอนออก ทำให้ไฮโดรเจนอะตอมอยู่ในสภาวะไอโอไนซ์ ผ่านอิเล็กโตรไลต์ไปยังคาโถด ที่มีออกซิเจนรอผสมกันเกิดเป็นน้ำไหลออกมา ส่วนอิเล็กตรอนก็จะวิ่งอยู่ภายนอกเป็นกระแสขับเคลื่อนทางไฟฟ้า แม้จะมีแรงดันโวลต์เพียงเล็กน้อยคือ 1.16 โวลต์ต่อเซลล์ จึงต้องต่อพ่วงกันหลาย ๆ เซลล์ ก็จะได้แรงดันไฟฟ้าระดับที่ต้องการได้

ในการออกแบบระบบเซลล์เชื้อเพลิงเป็นเรื่องที่สลับซับซ้อนพอสมควร และสามารถที่จะปรับเปลี่ยนได้ ซึ่งอันนี้จะขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์เชื้อเพลิงและการนำไปใช้งาน แต่อย่างไรก็ตาม ระบบเซลล์เชื้อเพลิงนี้จะประกอบด้วยชิ้นส่วนพื้นฐาน 4 อย่างด้วยกันคือ

1. Fuel Cell Stack
2. Fuel Cell Processor
3. ตัวแปลงกระแส (Current Converter)
4. ระบบชดเชยความร้อน (Heat Recovery System)

Fuel Cell Stack เป็นหัวใจสำคัญของระบบกำลังของเซลล์เชื้อเพลิง หน้าที่หลักคือการก่อให้เกิดไฟฟ้าขึ้น โดยจะอยู่ในรูปแบบของกระแสตรง (DC) จากปฏิกิริยาทางเคมีที่ถูกบรรจุอยู่ภายในเซลล์เชื้อเพลิง โดยในหนึ่งเซลล์เชื้อเพลิง เพียงพอที่จะสร้างกระแสไฟฟ้าสำหรับการนำไปใช้งานได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

เพราะฉะนั้น เซลล์เชื้อเพลิงแต่ละตัวจะถูกประกอบรวมกันเป็นแบบอนุกรมบรรจุอยู่ใน Fuel Cell Stack ซึ่งแต่ละแบบของ Fuel Cell Stack อาจจะถูกบรรจุเซลล์เชื้อเพลิงไว้หลายร้อยเซลล์เลยทีเดียว โดยจำนวนของกำลังไฟฟ้าที่ถูกผลิตได้จากเซลล์เชื้อเพลิงนั้น จะขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย อาทิเช่น ชนิดของเซลล์เชื้อเพลิง ขนาดของเซลล์ อุณหภูมิในการทำงาน และแรงดันของแก๊สที่ถูกป้อนเข้าสู่เซลล์เชื้อเพลิง เป็นต้น

Fuel Processor ทำหน้าที่แปลงเชื้อเพลิงให้เข้าสู่รูปแบบที่เซลล์เชื้อเพลิงสามารถนำไปใช้ได้ ถ้าไฮโดรเจนถูกป้อนเข้าสู่ระบบแล้ว ตัวโปรเซสเซอร์อาจจะไม่มีความจำเป็นต้องใช้อีก หรือทำหน้าที่เพียงแค่กรองของเสียออกจากแก๊สไฮโดรเจนเท่านั้น

ถ้าระบบใช้การผลิตจากเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ได้มาจาก เมธานอล เบนซิน (Gasoline) ดีเซล หรือก๊าซที่ได้จากถ่านหินแล้ว ก็จะมีตัวเปลี่ยนรูปซึ่งจะแปลงไฮโดรคาร์บอนที่เข้าสู่ตัวผสมแก๊สระหว่างส่วนประกอบไฮโดรเจนและคาร์บอน เราเรียกว่า การเปลี่ยนรูป (Reformate)

ในบางกรณี กระบวนการเปลี่ยนรูปจะกระทำหลังจากแยกก๊าซที่ไม่บริสุทธิ์ออกไปแล้ว เช่น คาร์บอนออกไซด์ หรือซัลเฟอร์ ก่อนที่จะส่งเข้าสู่ Fuel Cell Stack ซึ่งถ้าไม่มีการป้องกันและปล่อยให้ก๊าซที่ไม่บริสุทธิ์ให้เข้าสู่กระบวนการแล้ว จะทำให้ประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของเซลล์เชื้อเพลิงลดลง

เซลล์เชื้อเพลิงบางอย่าง เช่น คาร์บอเนตเหลว และออกไซด์แข็ง จะทำงานอยู่ที่อุณหภูมิสูงจึงทำให้เชื้อเพลิงสามารถที่จะเปลี่ยนรูปเป็นเซลล์เชื้อเพลิงได้ด้วยตัวของมันเอง ซึ่งเราเรียกว่า การเปลี่ยนรูปภายใน (Internal Reforming) โดยเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้การเปลี่ยนรูปแบบภายในนี้ ก็ยังคงต้องการใช้ตัวดักจับ (Trap) เพื่อทำการคัดกรองเอาก๊าซที่ไม่บริสุทธิ์ออกไปก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการเปลี่ยนรูปเป็นเซลล์เชื้อเพลิง

ทั้งการเปลี่ยนรูปภายใน (Internal Reforming) และการเปลี่ยนรูปภายนอก (External Reforming) จะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา แต่จะมีจำนวนน้อยกว่าที่ปล่อยออกมาจากกระบวนการเผาไหม้ภายในของเครื่องยนต์ อย่างเช่น เครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินในการขับเคลื่อน

ตัวแปลงกระแสและตัวปรับสภาพ (Current Inverters และ Conditioners) จะทำการแปลงกระแสไฟฟ้าจากเซลล์เชื้อเพลิงให้อยู่ในสภาพที่เหมาะสมกับการนำไปใช้งานโดยทั่วไป เช่น ไฟฟ้าที่นำไปใช้กับมอเตอร์ หรือไฟฟ้าที่ใช้เพื่อการสาธารณประโยชน์ของการไฟฟ้า เป็นต้น

เครื่องยนต์และรถประจำทางที่ใช้ Fuel Cell

เซลล์เชื้อเพลิงจะผลิตกระแสไฟฟ้าออกมาในรูปของไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ในวงจรกระแสตรง ไฟฟ้าจะไหลเป็นทิศทางเดียว แต่การใช้งานในบ้านเรือนจริง ๆ จะอยู่ในรูปแบบของกระแสสลับ (AC) ซึ่งจะไหลสลับสองทิศทางเป็นไซเกิล ถ้าเซลล์เชื้อเพลิงใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟ AC ก็จะต้องถูกแปลงกระแสตรงให้เป็นกระแสสลับก่อน

ทั้งไฟ AC และ DC จะเป็นสภาวะของการรวมเอาการควบคุมการไหลของกระแส (Amperes), แรงดัน, ความถี่ และคุณสมบัติอื่น ๆ ของกระแสไฟฟ้าไว้ด้วยกัน เพื่อให้เหมาะสมกับการนำไปใช้งาน เมื่อทำการแปลงและปรับสภาพกระแสไฟฟ้าแล้วจะทำให้ลดประสิทธิภาพของระบบลงมาเล็กน้อย (ประมาณ 2-6 เปอร์เซ็นต์)

ระบบของเซลล์เชื้อเพลิงไม่ใช่ระบบแบบดั้งเดิมที่ถูกใช้ในการกำเนิดความร้อน แต่อย่างไรก็ตามก็มีจำนวนพอสมควรที่ความร้อนถูกก่อเกิดขึ้นจากระบบเซลล์เชื้อเพลิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการปฏิบัติงานในสภาวะอุณหภูมิสูง อย่างเช่น ระบบที่ใช้ออกไซด์แข็ง หรือคาร์บอเนตเหลว พลังงานที่เกิดขึ้นเป็นจำนวนมากเหล่านี้สามารถที่จะนำไปใช้ในการผลิตไอน้ำหรือน้ำร้อน หรือเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าด้วยกังหันแก๊สหรือเทคโนโลยีอื่น ๆ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานทั้งหมดของระบบ

ชนิดของเซลล์เชื้อเพลิงถูกจำแนกแยกแยะตามชนิดของอิเล็กโตรไลต์ที่ใช้ การกำหนดนี้จะแยกตามชนิดปฏิกิริยาทางเคมีที่ถูกใส่ในเซลล์ ตามชนิดความต้องการของสารเร่งปฏิกิริยาทางเคมี ย่านของอุณหภูมิในขณะที่เซลล์ทำงาน ความต้องการของเชื้อเพลิง และปัจจัยอื่น ๆ

ด้วยคุณลักษณะเช่นนี้ บางครั้งการนำไปใช้งานจะต้องคำนึงถึงผลกระทบที่เกิดขึ้นด้วย จะต้องมีความเหมาะสมที่สุด นั่นคือจะต้องคำนึงถึงเซลล์เชื้อเพลิงหลาย ๆ ชนิด ภายใต้การพัฒนาในปัจจุบัน แต่ละข้อได้เปรียบตามแต่ชนิด ข้อจำกัดและศักยภาพในการใช้งาน

เซลล์เชื้อเพลิงแบบโพลิเมอร์อิเล็กโตรไลต์เมมเบรน (PEM) หรือเรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิงแบบเยื่อแลกเปลี่ยนอนุภาคโปรตอน (Proton Exchange Membrane) ทำหน้าที่ส่งกำลังความหนาแน่นสูง ให้น้ำหนักและปริมาตรที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเซลล์เชื้อเพลิงแบบอื่น

เซลล์เชื้อเพลิงแบบ PEM ใช้โพลิเมอร์แบบแข็งในขณะที่เป็นอิเล็กโตรไลต์และขั้วคาร์บอนแบบโปร่งทำการบรรจุสารเร่งปฏิกิริยาชนิดแพลตินัม ประกอบด้วยไฮโดรเจน ออกซิเจนจากอากาศและน้ำในขณะทำงาน แต่ไม่ต้องการของเหลวที่กัดกร่อนเหมือนเซลล์เชื้อเพลิงบางชนิด

เซลล์เชื้อเพลิงแบบโพลิเมอร์อิเล็กโตรไลต์เมมเบรน (PEM) จะทำงานอยู่ที่อุณหภูมิต่ำประมาณ 80 ^๐C (176 ^๐F) ด้วยการทำงานที่อุณหภูมิต่ำนี้จึงทำให้ใช้เวลาในการเริ่มทำงานได้อย่างรวดเร็ว (ใช้เวลาอุ่นตัวน้อย) ส่งผลกระทบต่อส่วนประกอบของระบบน้อย และมีความทนทานที่ดีกว่า แต่อย่างไรก็ตามเซลล์เชื้อเพลิงแบบนี้มีความต้องการสารเร่งแบบ Noble-metal (ชนิดของแพลตินัม) เพื่อใช้ในการแยกอิเล็กตรอนและโปรตอนออกจากไฮโดรเจนเพื่อเติมเข้าสู่ระบบ

ซึ่งสารเร่งแบบแพลตินัมนี้จะมีความไวสูงในการตอบสนองต่อก๊าซคาร์บอนออกไซด์ (CO) จึงทำให้มีความจำเป็นต้องเพิ่มตัวแยกรีแอกเตอร์เพื่อลดจำนวนของ CO ในแก๊สเชื้อเพลิงออกมาถ้าไฮโดรเจนที่ใช้ ได้มาจากแอลกอฮอล์หรือเชื้อเพลิงแบบไฮโดรคาร์บอน จึงทำให้เป็นการเพิ่มต้นทุนในกระบวนการทำงาน ซึ่งขณะนี้นักพัฒนาได้มีการสำรวจเพิ่มเติมสารเร่งแบบแพลตินัม/รูเธเนียม ซึ่งจะมีความต้านทานต่อคาร์บอนออกไซด์ได้ดีกว่ามาใช้แทน

เซลล์เชื้อเพลิงแบบ PEM แต่เดิมจะถูกนำมาใช้ในการขนส่ง เนื่องจากมีข้อดีของการเริ่มต้นทำงานได้อย่างรวดเร็ว มีการตอบสนองต่อสิ่งผกผันต่ำ และให้อัตราส่วนกำลังงานต่อน้ำหนักที่ดี เซลล์เชื้อเพลิงแบบ PEM จึงมีความเหมาะสมสำหรับการนำมาใช้งานกับยานยนต์ขนส่ง เช่น รถยนต์หรือรถประจำทาง

อุปสรรคของการใช้เซลล์เชื้อเพลิงในยานยนต์นี้ก็คือ ถังเก็บไฮโดรเจน ที่ใช้งานมากที่สุดคือยานยนต์แบบเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cell Vehicles-FCVs) โดยจะใช้กำลังขับเคลื่อนจากไฮโดรเจนบริสุทธิ์ ซึ่งต้องบรรจุอยู่ในถังเก็บไฮโดรเจนที่มีแรงดันอัดเหมาะสม เพราะไฮโดรเจนมีความหนาแน่นของพลังงานต่ำ จึงทำให้เป็นอุปสรรคในการกักเก็บไฮโดรเจนได้มากเพียงพอสำหรับยานยนต์ในการเดินทางเป็นระยะทางไกลถึง 300-400ไมล์ในแต่ละครั้ง ซึ่งไม่เหมือนกันยานยนต์ที่ใช้น้ำมันเบนซินโดยทั่วไป

เชื้อเพลิงที่เป็นของเหลวที่มีความหนาแน่นสูง อย่างเมธานอล, เอธานอล, ก๊าซธรรมชาติ, ก๊าซปิโตรเลียมเหลว และเบนซิน สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ แต่ยานยนต์จะต้องมีตัวประมวลผลเพื่อเปลี่ยนรูปเมธานอลให้เป็นไฮโดรเจนก่อน ด้วยเหตุผลนี้จึงเป็นการเพิ่มต้นทุนและค่าบำรุงรักษาเข้ามา และตัวเปลี่ยนรูป (Reformer) ยังเป็นตัวปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ (ก๊าซเรือนกระจก) ออกมาในอากาศเหมือนกัน แต่ก็ยังน้อยกว่ายานยนต์ที่ใช้กำลังขับเคลื่อนจากน้ำมันเบนซินโดยตรง

เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้งานมากที่สุดซึ่งใช้กำลังงานจากไฮโดรเจน ซึ่งสามารถจะป้อนเข้าสู่ระบบของเซลล์เชื้อเพลิงได้โดยตรงหรือสามารถให้กำเนิดไฮโดรเจนขึ้นภายในระบบของเซลล์เชื้อเพลิงโดยกระบวนการเปลี่ยนรูปไฮโดรเจน อย่างเช่น เชื้อเพลิงที่เป็นเมธานอล เอธานอล และไฮโดรคาร์บอน แต่อย่างไรก็ตามเซลล์เชื้อเพลิงเมธานอลโดยตรง (DMFCs) จะใช้กำลังจากเมธานอลบริสุทธิ์ผสมกับไอน้ำและป้อนเข้าสู่ขั้วอาโนดของเซลล์เชื้อเพลิงโดยตรง

เชื้อเพลิงเมธานอลแบบโดยตรงมีข้อดีตรงที่ จะไม่มีปัญหาในเรื่องของที่เก็บเชื้อเพลิงเหมือนกับเซลล์เชื้อเพลิงแบบอื่น เพราะเมธานอลจะมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าไฮโดรเจน แต่น้อยกว่าเชื้อเพลิงแบบเบนซินและดีเซล เชื้อเพลิงเมธานอลยังง่ายต่อการขนส่งและจ่ายให้กับสาธารชนเพื่อใช้งานทั่วไปเพราะมีสภาพเป็นของเหลวคล้ายกับเบนซิน

ส่วนทางด้านเทคโนโลยีของเชื้อเพลิงเมธานอลแบบโดยตรงนั้น ตอนนี้นักพัฒนากำลังเก็บข้อมูลใหม่และทำการเปรียบเทียบการใช้กำลังงานระหว่างไฮโดรเจนบริสุทธิ์ และแบบเชื้อเพลิงเมธานอลแบบโดยตรง ซึ่งในขั้นตอนของการศึกษาวิจัยและพัฒนานั้นอาจจะล้าหลังการใช้เซลล์เชื้อเพลิงแบบอื่นประมาณ 3-4 ปี

เซลล์เชื้อเพลิงแบบอัลคาไลน์ (AFCs) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ถูกพัฒนาทางด้านเทคโนโลยีเป็นแบบแรกและเป็นชนิดแรกที่ใช้กันอย่างกว้างขวางในโครงการอวกาศของสหรัฐ ฯ (อย่างเช่น ยานอพอลโล) เพื่อการผลิตพลังงานไฟฟ้าและน้ำสำหรับใช้ภายในยานอวกาศ

เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ใช้การละลายของโปแตสเซียมไฮดรอกไซด์ในน้ำเป็นอิเล็กโตรไลต์ และสามารถใช้สารเร่งที่ไม่ใช่โลหะ (Non-precious Metals) ได้อย่างหลากหลายที่ขั้วอาโนดและคาโถด โดยเซลล์เชื้อเพลิงแบบอัลคาไลน์ (AFCs) จะทำงานอยู่ที่อุณหภูมิสูงระหว่าง 100 ^๐C-250 ^๐C (212 ^๐F-482 ^๐F) แต่อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบใช้งานเซลล์เชื้อเพลิงแบบอัลคาไลน์ที่ผ่านมา จะไม่เคยต่ำกว่าอุณหภูมิระหว่าง 23 ^๐C-70 ^๐C (742 ^๐F-158 ^๐F)

เซลล์เชื้อเพลิงแบบอัลคาไลน์ (AFCs) จะมีประสิทธิภาพสูงพอสมควร เนื่องจากอัตราของการทำปฏิกิริยาทางเคมีที่ถูกใส่เข้าไปในเซลล์ ซึ่งได้ถูกทำการจำลองการใช้งานในอวกาศ โดยเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จะให้ประสิทธิภาพใกล้เคียงที่ 60 เปอร์เซ็นต์เลยทีเดียว

สำหรับข้อเสียเปรียบของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้คือจะตอบสนองต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ได้ง่าย ซึ่งจำนวนของคาร์บอนไดออกไซด์เพียงเล็กน้อยในอากาศก็มีผลกระทบต่อการทำงานของเซลล์ชนิดนี้ได้ จึงเป็นอุปสรรคในการทำให้ทั้งไฮโดรเจนและออกซิเจนที่จะใช้ในเซลล์อยู่ในสภาพบริสุทธิ์ ดังนั้นกระบวนการที่จะทำให้ได้ค่าบริสุทธิ์ขององค์ประกอบเหล่านี้จึงเป็นการเพิ่มต้นทุน

เซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก จะใช้ของเหลวที่เป็นกรดฟอสฟอริกเป็นอิเล็กโตรไลต์ และใช้แพลตินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมี เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ถูกพิจารณาให้เป็น รุ่นแรก (First Generation) ของเซลล์เชื้อเพลิงสมัยใหม่ เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่มีใช้งานมานานที่สุดและเป็นชนิดแรกในการนำมาใช้งานเชิงธุรกิจซึ่งมีมากกว่า 200 แห่งในปัจจุบัน โดยเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จะใช้ในสถานีผลิตกำลังไฟฟ้า (Power Generation) และรวมไปถึงการใช้งานในระบบยานยนต์ขนาดใหญ่อย่างรถประจำทาง เป็นต้น

เซลล์เชื้อเพลิงแบบ PAFCs นี้ มีความทนทานสูงต่อการเปลี่ยนเชื้อเพลิงที่ไม่บริสุทธิ์อย่างเชื้อเพลิงจากฟอสซิลให้เป็นไฮโดรเจน ซึ่งสูงกว่าเซลล์เชื้อเพลิงแบบ PEM ที่ตอบสนองต่อก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เป็นพิษได้ง่าย (ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์นี้จะไปจับตัวกับสารเร่งแพลตินัมในขั้วอาโนด และจะทำให้เซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพลดลง)

โดยประสิทธิภาพในการใช้งานของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ จะอยู่ที่ประมาณ 85 เปอร์เซ็นต์เมื่อนำมาใช้ร่วมกัน (Co-generation) ในการผลิตกระแสไฟฟ้าและความร้อน แต่ประสิทธิภาพจะต่ำลงเมื่อนำมาใช้สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว (37-42%)

เซลล์เชื้อเพลิงแบบ PAFCs นี้จะให้ประสิทธิภาพที่ค่อนข้างน้อยกว่าเซลล์เชื้อเพลิงแบบอื่นเมื่อเทียบกับน้ำหนักและปริมาตรที่เท่ากัน ซึ่งเป็นผลมาจากเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จะมีขนาดใหญ่และหนัก ส่วนราคาของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จะมีราคาสูงคล้ายกับแบบ PEM เพราะต้องใช้สารเร่งที่เป็นแพลตินัมซึ่งมีราคาสูง โดยเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จะมีต้นทุนการผลิตโดยรวมอยู่ที่ประมาณ $4,000-$4,500 ต่อกิโลวัตต์

เซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลว (MCFCs) ปัจจุบันได้ถูกพัฒนาขึ้นมาใช้แทนเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซธรรมชาติและถ่านหินเพื่อใช้ในโรงต้นกำลังสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้า ในโรงงานอุตสาหกรรม และใช้ในทางทหาร เซลล์เชื้อเพลิงแบบ MCFCs จะมีอุณหภูมิสูง

โดยใช้สารประกอบของเกลือคาร์บอเนตหลอมเหลวเป็นอิเล็กโตรไลต์ ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับเซรามิกลิเธียมอะลูมินัมออกไซด์ (LiAlO2) อุณหภูมิการทำงานจะสูงถึง 650 ๐C (1,200 ๐F) หรือมากกว่า สามารถที่จะใช้สารโลหะที่ไม่มีค่าเป็นสารเร่งในขั้วอาโนดและคาโถดได้เพื่อเป็นการลดต้นทุน

ซึ่งการลดต้นทุนของเซลล์เชื้อเพลิง MCFCs นี้เป็นอีกเหตุผลหนึ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพให้สูงกว่าเซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก (PAFCs) เพราะเซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลวนี้จะให้ประสิภาพที่สูงถึง 60 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับเซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริกที่ให้ประสิทธิภาพอยู่ที่ 37-42 เปอร์เซ็นต์ และเมื่อนำความร้อนสูญเสียกลับมาใช้งานด้วย ยิ่งจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงให้สูงขึ้นเป็น 85 เปอร์เซ็นต์เลยทีเดียว

เซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลวต่างจากเซลล์เชื้อเพลิงแบบอัลคาไลน์ กรดฟอสฟอริก และโพลิเมอร์อิเล็กโตรไลต์เมมเบรน เพราะว่ามันไม่ต้องใช้ตัวเปลี่ยนรูปแบบภายนอก (External Reformer) ในการแปลงความหนาแน่นของพลังงานจากเชื้อเพลิงไปเป็นไฮโดรเจน เนื่องจากเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จะทำงานอยู่ที่อุณหภูมิสูง ๆ ตัวเชื้อเพลิงจึงสามารถแปลงรูปแบบด้วยตัวของมันเองอยู่ภายใน ซึ่งเรียกว่าเป็นการเปลี่ยนรูปแบบภายใน จึงเป็นการลดต้นทุนไปในตัว

อีกหนึ่งข้อดีของเซลล์เชื้อเพลิงแบบคาร์บอเนตหลอมเหลวนี้ก็คือ มีความสามารถในการทนทานต่อก๊าซที่ไม่บริสุทธิ์ได้ดีกว่าเซลล์เชื้อเพลิงแบบอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า มันสามารถที่จะเปลี่ยนรูปแบบภายในเมื่อใช้เชื้อเพลิงจากถ่านหิน หรือแม้แต่สามารถที่จะทนต่อก๊าซที่ไม่บริสุทธิ์อย่างซัลเฟอร์และอนุภาคต่าง ๆ ที่เป็นผลมาจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงถ่านหิน หรือแม้แต่ความสกปรกของเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ปะปนอยู่ในไฮโดรเจน

ข้อจำกัดพื้นฐานของเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้ก็คือ ความทนทาน ซึ่งการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้จะทำงานที่อุณหภูมิสูงและการใช้อิเล็กโตรไลต์แบบคาร์บอเนตหลอมเหลวจะเป็นการเร่งให้ส่วนประกอบต่าง ๆ ถูกกัดกร่อนได้เร็วขึ้น อายุการใช้งานของเซลล์เชื้อเพลิงสั้นลง

ซึ่งปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ทำการค้นคว้าหาวัสดุที่มีความต้านทานการกัดกร่อนดีขึ้นสำหรับทำเป็นส่วนประกอบแทนและขณะเดียวกันก็ได้ทำการออกแบบให้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นโดยไม่ลดประสิทธิภาพลง

เซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็ง (SOFCs) ใช้สารประกอบของเซรามิกแบบแข็งเป็นอิเล็กโตรไลต์ ด้วยเหตุที่อิเล็กโตรไลต์เป็นแบบแข็งนี้จึงทำให้ไม่ต้องมีโครงสร้างของแผ่นโลหะภายในเหมือนกับเซลล์เชื้อเพลิงแบบอื่น เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 50-60 เปอร์เซ็นต์ ในการเปลี่ยนเชื้อเพลิงเป็นไฟฟ้า และเมื่อออกแบบให้ระบบสามารถนำกลับความร้อนสูญเสียมาใช้งานได้ (Co-generation) ก็จะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานให้เพิ่มสูงขึ้นโดยรวมถึง 80-85 เปอร์เซ็นต์

เซลล์เชื้อเพลิงแบบนี้จะทำงานที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 1,000 ^๐C (1,832 ^๐F) ด้วยการทำงานที่อุณหภูมิสูงเช่นนี้จึงทำให้สามารถใช้สารเร่งที่เกรดไม่สูงนักได้ การเปลี่ยนรูปของเชื้อเพลิงจึงสามารถทำได้ภายในระบบ สามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลากหลาย จึงเป็นลดต้นทุนโดยรวมของระบบ

เซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์แข็งนี้ยังสามารถต้านทานต่อก๊าซซัลเฟอร์ได้ดีกว่าเซลล์เชื้อเพลิงแบบอื่น รวมทั้งไม่ทำปฏิกิริยากับก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) จึงสามารถที่จะใช้ก๊าซที่มาจากเชื้อเพลิงถ่านหินได้ดี

ด้วยการทำงานที่อุณหภูมิสูงนี้จึงทำให้มีข้อจำกัดก็คือ เซลล์เชื้อเพลิงจะเริ่มทำงานได้ช้า และจะต้องมีชุดป้องกันและตัวกักเก็บความร้อนเอาไว้ วัสดุที่ใช้เป็นส่วนประกอบจะต้องมีความทนทานสูงอีกด้วย การพัฒนาให้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้มีการทำงานที่อุณหภูมิต่ำลงรวมถึงการลดต้นทุนจากการใช้วัสดุที่มีความทนทาน จึงเป็นกุญแจสำคัญที่ยังท้าทายกับเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ทำการค้นคว้าเพื่อปรับปรุงให้เซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้สามารถทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 800 ^๐C ซึ่งจะทำให้ลดปัญหาในเรื่องของความทนทานและต้นทุนลงได้

เซลล์เชื้อเพลิงแบบยุคใหม่นี้จะผลิตพลังงานไฟฟ้าจากไฮโดรเจนและออกซิเจน รวมทั้งให้ความร้อนและน้ำเป็นผลพลอยได้ ซึ่งคล้ายกับเซลล์เชื้อเพลิงแบบอื่น แต่อย่างไรก็ตามระบบเซลล์เชื้อเพลิงแบบยุคใหม่นี้ สามารถที่จะใช้ไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ หรือแหล่งพลังงานอื่น ๆ ได้

เพื่อแยกน้ำส่วนเกินออกจากเชื้อเพลิงออกซิเจนและไฮโดรเจน ด้วยกระบวนการนี้เรียกว่า Electrolysis ซึ่งเซลล์เชื้อเพลิงชนิดนี้เป็นเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงน้องใหม่ที่กำลังถูกพัฒนาขึ้นโดยองค์การ NASA

ตารางเปรียบเทียบเทคโนโลยีของเซลล์เชื้อเพลิงแต่ละชนิด

หมายเหตุ *เซลล์เชื้อเพลิงแบบเมธานอลโดยตรง (DMFC) เป็นชนิดหนึ่งของเซลล์เชื้อเพลิงแบบ PEM ใช้สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็กแบบพกพา ทำงานที่อุณหภูมิ 60-90^๐C

ส่วนประกอบของเซลล์เชื้อเพลิง

เซลล์เชื้อเพลิงแบบเยื่อโพลิเมอร์อิเล็กโตรไลต์ (PEM) เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ได้รับความสนใจเป็นอันดับต้น ๆ ที่ถูกนำมาทำการวิจัยเพื่อให้เป็นเซลล์เชื้อเพลิงสำหรับใช้กับยานยนต์อยู่ในขณะนี้ ซึ่งเซลล์เชื้อเพลิงแบบนี้ถูกสร้างขึ้นจากวัสดุต่างชนิดซ้อนกันหลายชั้น ดังแสดงตามไดอะแกรมจะเป็นชั้นสำคัญของเซลล์เชื้อเพลิงแบบเยื่อโพลิเมอร์อิเล็กโตรไลต์ซึ่งประกอบด้วย

- ส่วนประกอบของเยื่ออิเล็กโตรด
- สารเร่งปฏิกิริยา

ส่วนชั้นอื่น ๆ ของวัสดุได้ถูกออกแบบมาเพื่อช่วยในการเคลื่อนตัวของเชื้อเพลิงและอากาศเข้าสู่เซลล์และเพื่อเป็นสื่อในการส่งกระแสไฟฟ้าให้ไหลเข้าสู่เซลล์

อิเล็กโตรด (ประกอบด้วยอาโนดและคาโถด), สารเร่งปฏิกิริยาและเยื่อโพลิเมอร์อิเล็กโตรไลต์รวมกันเป็นส่วนประกอบของเยื่ออิเล็กโตรดของเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อโพลิเมอร์อิเล็กโตรไลต์ (PEM)

อาโนด ทำหน้าที่เป็นตัวเคลื่อนอิเล็กตรอนจากโมเลกุลของไฮโดรเจนออกจากขั้วจากวงจรภายนอก โดยที่ขั้วจะมีช่องที่ติดกับตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งฉาบอยู่บนผิวหน้าของเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน โดยปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเมื่อผ่านก๊าซไฮโดรเจนเข้าไป

คาโถด ทำหน้าที่รับโปรตอนและก๊าซออกซิเจนซึ่งถูกปล่อยออกมาจากผิวหน้าของเยื่อซึ่งฉาบตัวเร่งปฏิกิริยาเอาไว้และทำหน้าที่รับอิเล็กตรอนกลับมาจากวงจรภายนอกเข้าสู่สารเร่งปฏิกิริยา โดยไอโดรเจนไอออนและออกซิเจนจะรวมตัวกันอีกครั้งในรูปแบบของน้ำ

เยื่อโพลิเมอร์อิเล็กโตรไลต์ เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติพิเศษ ซึ่งจะดูคล้ายกับพลาสติกห่อหุ้มอาหาร (Plastic Wrap) ที่ใช้ในครัวเรือน เป็นส่วนที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของไอออนชนิดต่าง ๆ ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนโปรตอน โดยจะให้โปรตอนผ่านได้ แต่จะไม่ยอมให้อิเล็กตรอนผ่าน

เป็นวัสดุพิเศษที่ช่วยให้ปฏิกิริยาในขั้นตอนต่าง ๆ เกิดขึ้นได้ดี ปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าที่เกิดขึ้นทั้งหมดในเซลล์เชื้อเพลิงประกอบขึ้นด้วยสองปฏิกิริยา คือ การเกิดออกซิเดชันที่อาโนดและการเกิดปฏิกิริยาริดิวชันที่คาโถด โดยปกติการเกิดปฏิกิริยาทั้งสองนี้จะเกิดขึ้นอย่างช้า ๆ ด้วยอุณหภูมิต่ำ ๆ ในเซลล์เชื้อเพลิงแบบ PEM  

ดังนั้นในแต่ละอิเล็กโตรดที่ถูกเคลือบอยู่ด้านหนึ่งของชั้นสารเร่งปฏิกิริยาจึงเป็นตัวช่วยในการเร่งให้เกิดปฏิกิริยาของออกซิเจนและไฮโดรเจน โดยส่วนใหญ่สารเร่งจะสร้างขึ้นจากผงแพลตินัมเคลือบอยู่บนเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน ซึ่งจะมีลักษณะขรุขระเพื่อเพิ่มพื้นที่ในการสัมผัสกับก๊าซออกซิเจนและไฮโดรเจน

ในปัจจุบันเซลล์เชื้อเพลิงสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลากหลายเพราะเป็นแหล่งกำเนิดพลังงานไฟฟ้าชนิดหนึ่ง โดยในขณะนี้ผู้ผลิตรถยนต์ส่วนใหญ่กำลังสร้างรถยนต์ที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงเพื่อการพาณิชย์ เซลล์เชื้อเพลิงสามารถใช้เป็นแหล่งกำลังสำหรับรถยนต์ เรือก รถไฟ หรือแม้แต่จักรยานยนต์ เครื่องขายสินค้าแบบหยอดเหรียญ เครื่องทำความสะอาดแบบสุญญากาศ และสัญญาณไฟตามทางหลวง

เซลล์เชื้อเพลิงขนาดพกพาที่สามารถนำไปใช้ได้กับโทรศัพท์เคลื่อนที่ คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊กหรือแล็บทอป และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทที่นำติดตัวไปได้  โรงพยาบาล โรงแรม สถานีตำรวจหรือธนาคารสามารถใช้ระบบเซลล์เชื้อเพลิงขนาดใหญ่เพื่อจ่ายกำลังไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าและสิ่งอำนวยสะดวก เป็นต้น

คาดกันว่าเซลล์เชื้อเพลิงจะสามารถแทนที่เครื่องยนต์เบนซินและเครื่องยนต์ดีเซลล์ได้ โดยรถพลังงานเซลล์เชื้อเพลิงจะมีลักษณะคล้ายกับรถยนต์พลังงานไฟฟ้ามาก ต่างกันแค่เพียงใช้เซลล์เชื้อเพลิงแทนแบตเตอรี่ รถพลังงานเซลล์เชื้อเพลิงส่วนใหญ่จะใช้เมธานอลเป็นเชื้อเพลิง แต่ก็มีบางบริษัทออกแบบรถให้ใช้น้ำมันเบนซิน แต่ในอนาคตเราอาจจะสามารถออกแบบถังชื้อเพลิงสำหรับบรรจุไฮโดรเจนได้อย่างปลอดภัย

Necar 4 รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงจากบริษัท DaimlerChryler ใช้ไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิง ทำความเร็วสูงสุดได้ประมาณ 144 Km/ชั่วโมง และสามารถวิ่งได้ถึง 450 Km ในการเติมเชื้อเพลิงแต่ละครั้ง

เซลล์เชื้อเพลิงสามารถใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์พกพา โทรศัพท์มือถือ หรือเครื่องช่วยฟังได้ การใช้งานกับอุปกรณ์เหล่านี้ เซลล์เชื้อเพลิงสามารถใช้งานได้นานกว่าแบตเตอรี่ทั่วไป และสามารถประจุไฟใหม่ได้อย่างรวดเร็วโดยเชื้อเพลิงเหลวหรือก๊าซ

คอมพิวเตอร์แบบกระเป๋าหิ้วใช้เซลล์เชื้อเพลิงแบบ DMFC

ในปี 2545 บริษัท General Electric สามารถผลิตเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าภายในบ้านที่ใช้ก๊าซธรรมชาติหรือโพรเพนเป็นเชื้อเพลิงและสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากถึง 7 กิโลวัตต์ (เพียงพอสำหรับใช้ในบ้าน) นอกจากนี้ยังให้พลังงานความร้อนซึ่งสามารถใช้ทำความร้อนภายในบ้านได้อีกด้วย

ด้วยเทคโนโลยีด้านเซลล์เชื้อเพลิงที่ก้าวหน้า ทำให้มีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะทดแทนโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนที่ใช้กันอยู่ เซลล์เชื้อเพลิงขนาดใหญ่นั้นมีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าสูงกว่าโรงไฟฟ้าที่มีอยู่ในปัจจุบัน เทคโนโลยีด้านเซลล์เชื้อเพลิงได้ถูกพัฒนาจนสามารถผลิตไฟฟ้าได้โดยตรงจากไฮโดรเจนในเซลล์เชื้อเพลิง นอกจากนี้ยังสามารถใช้ความร้อนและน้ำที่ได้ปั่นเทอร์ไบน์เพื่อผลิตไฟฟ้าได้อีกด้วย

เครื่องผลิตไฟฟ้าโดยเซลล์เชื้อเพลิงขนาดใหญ่มีกำลังการผลิต 250 kW ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง ถูกติดตั้งในเยอรมันเพื่อทดสอบการใช้งาน

โรงไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงแบบ PAFC ขนาด 1 MW ที่ Minatoku, Tokyo

ต้นทุนและความทนทานเป็นความท้าทายหลักในการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงในเชิงพาณิชย์ แต่อย่างไรก็ตามอุปสรรคต่าง ๆ ในการนำมาพัฒนาเพื่อการใช้งานยังเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีของเซลล์เชื้อเพลิงอีกด้วย ทั้งในเรื่องของ ขนาด น้ำหนัก และอุณหภูมิรวมถึงการบริหารจัดการน้ำ จะต้องมีประสิทธิภาพและให้ผลตอบแทนคุ้มค่า

ต้นทุน เซลล์เชื้อเพลิงที่นำมาใช้ในระบบกำลังในปัจจุบันจะสร้างขึ้นให้มีต้อนทุนต่ำลังเพื่อการแข่งขัน อย่างเช่นสำหรับเครื่องยนต์เผาไหม้ภายในจะมีต้นทุนประมาณ 25-35 $/kW สำหรับการใช้งานในระบบการขนส่งระบบเซลล์เชื้อเพลิงจะมีต้นทุนประมาณ 30 $/kW ในระบบสถานีไฟฟ้า จะมีต้นทุนสูงถึง 400-750 $/kW

ความทนทานและความเชื่อมั่น ความทนทานของระบบเซลล์เชื้อเพลิงนั้นไม่สามารถคาดคะเนได้เนื่องจากปัจจัยหลายประการทั้งในเรื่องของการนำไปใช้งาน อุณหภูมิการทำงานหรือปัจจัยภายนอกอื่น ๆ อย่างเช่นการนำไปใช้งานกับระบบขนส่ง

ระบบกำลังของเซลล์เชื้อเพลิงได้ถูกกำหนดระดับของความทนทานและความเชื่อมั่นของเครื่องยนต์อยู่ที่ 5000 ชั่วโมง (เทียบเท่า 150,000 ไมล์) และความสามารถในการทำงานของยานยนต์อยู่ที่สภาวะอุณหภูมิ 40^๐C ถึง 80^๐C สำหรับการนำไปใช้งานกับสถานีไฟฟ้าจะให้ความเชื่อมั่นในการทำงานที่มากกว่า 40,000 ชั่วโมง ภายใต้อุณหภูมิ -35^๐C ถึง 40^๐C เป็นต้น

ขนาดของระบบ ขนาดและน้ำหนักของระบบเซลล์เชื้อเพลิงปัจจุบันจะต้องมีความพอดีกับขนาดความต้องการที่จะบรรจุภายในรถยนต์ ซึ่งทั้งนี้ทั้งนั้นก็ไม่ได้ขึ้นอยู่กับถังบรรจุเซลล์เชื้อเพลิงเพียงอย่างเดียว แต่ยังขึ้นอยู่กับส่วนประกอบและระบบย่อยอื่น ๆ อีกด้วย อาทิเช่น ชุดประมวลผลเชื้อเพลิง คอมเพรสเซอร์/เครื่องแปลงกำลัง (Expander) และเซนเซอร์ ซึ่งต้องสอดคล้องกับระบบกำลัง

อากาศ, อุณหภูมิ และการบริหารจัดการน้ำ การจัดการกับระบบอากาศสำหรับระบบเซลล์เชื้อเพลิงเป็นความท้าทายอย่างหนึ่งเนื่องจากเทคโนโลยีของคอมเพรสเซอร์ปัจจุบันยังไม่สมบูรณ์นักในการนำไปใช้งานกับเครื่องยนต์ที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิง ส่วนในเรื่องของอุณหภูมิและการจัดการน้ำในระบบเซลล์เชื้อเพลิงจะเป็นผลพลอยได้ในระหว่างการทำงานและจากกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน

ระบบนำความร้อนกลับมาใช้งานใหม่ ในลักษณะการทำงานที่อุณหภูมิต่ำของเซลล์เชื้อเพลิงแบบ PEM มีข้อจำกัดในเรื่องของความร้อนที่นำกลับมาใช้ประโยชน์ จึงต้องมีการพัฒนาทางด้านเทคโนโลยีให้มีความสามารถในการทำงานในอุณหภูมิที่สูงขึ้นหรือให้มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นในระบบการนำกลับความร้อนมาใช้ใหม่ได้

จากตัวอย่างที่กล่าวมาเป็นส่วนหนึ่งของอุปสรรคและความท้าทายของระบบเซลล์เชื้อเพลิงทั้งในเรื่องของเทคโนโลยีและเทคนิคต่าง ๆ เท่านั้น แต่ด้วยศักยภาพของเซลล์เชื้อเพลิงที่เหมาะสมกับการพัฒนานำมาใช้งาน ในอนาคตเราคงได้เห็นการนำมาเซลล์เชื้อเพลิงมาใช้ประโยชน์กันมากขึ้นในชีวิตประจำวัน 

เอกสารอ้างอิง

- U.S.Department of Energy-Energy Efficiency and Renewable Energy
- http://www.fuelcells.org
- http://science.howstuffworks.com/fuel-cell.htm
- http://www.fuelcelltoday.com