پردیس فناوری کیشطرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت گروه صنعت و مدیریت شیمی
پیل سوختی چیست؟
پیل های سوختی یا سلول های سوختی وسیله ای هستند که
انرژی پتانسیل شیمیایی (انرژی ذخیره شده در پیوندهای مولکولی) را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.
در حال حاضر معروف ترین نوع، پیل سوختی هیدروژنی است که
از گاز هیدروژن (H2) و گاز اکسیژن (O2) به عنوان سوخت استفاده می کند.
سلول های سوختی برای تبدیل انرژی از واکنش بین هیدروژن و اکسیژن در سلول های آب استفاده کرده و برق و گرما تولید می کنند.
پیل ها یا سلول های سوختی یک فناوری جدید برای تولید انرژی بدون ایجاد آلودگی های صوتی و زیست محیطی هستند.
در این سلول ها سوخت و اکسید کننده به صورت مستقیم ترکیب شده و
انرژی الکتریکی با بازدهی بالایی تولید می شود.
دلیل بازدهی بالا در پیل های سوختی به خاطر نحوه تبدیل انرژی است.
تبدیل انرژی شیمیایی به حرارت و پس از آن به انرژی مکانیکی و در نهایت الکتریسیته باعث می شود که
اتلاف انرژی را به حداقل مقدار ممکن برسد.
انواع پیل های سوختی
پیل های سوختی در درجه اول با توجه به نوع الکترولیت مورد استفاده در آن ها طبقه بندی می شوند.
- این طبقه بندی عوامل متعددی مثل موارد زیر را تعیین می کند:
- نوع واکنش های الکتروشیمیایی موجود در سلول
- نوع کاتالیزور مورد نیاز
- محدوده دمایی که سلول در آن فعالیت می کند
- سوخت مورد نیاز
در حال حاضر انواع مختلفی از سلول های سوختی تولید می شوند که
هر کدام مزایا، محدودیت ها و کاربردهای خاص خود را دارند.
در ادامه برخی از آن ها را مشاهده می نمایید:
- پیل سوختی الکترولیت پلیمر یا غشا مبادله کننده پروتون (PEMFC)
- پیل سوختی اسید فرمیک (FFC)
- پیل سوختی قلیایی (AFC)
- پیل سوختی کربنات مذاب (MCFC)
- پیل سوختی میکروبی (MFC)
- پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC)
- پیل سوختی هوا-روی (Zn-Air FC)
- پیل سوختی اکسید جامد (SOFC)
- پیل سوختی سرامیکی
نحوه کارکرد پیل های سوختی
هر پیل سوختی دو الکترود دارد که به ترتیب آند و کاتد نامیده می شوند.
در حقیقت واکنش هایی که در پیل های سوختی تولید برق می کنند در الکترودها اتفاق می افتد.
علاوه بر این در هر پیل سوختی یک الکترولیت وجود دارد که ذرات دارای بار الکتریکی را از یک الکترود به دیگری حمل می کند.
همچنین به وسیله یک کاتالیزور سرعت واکنش در الکترودها را افزایش می دهد.
الکترولیت در تبدیل انرژی پیل سوختی نقش اساسی دارد.
الکترولیت تنها باید به یون های مناسب بین آند و کاتد اجازه عبور دهد چرا که
اگر الکترون های آزاد یا مواد دیگر بتوانند از طریق الکترولیت عبور کنند، واکنش شیمیایی را مختل می کنند.
برای تبدیل انرژی، اتم های هیدروژن وارد یک آند در پیل سوختی می شوند.
یک واکنش شیمیایی آن ها را از الکترون های خود جدا می کند.
اکنون اتم های هیدروژن یونیزه شده و بار الکتریکی مثبت دارند.
الکترون های دارای بار منفی جریان را از طریق سیم برای انجام کار فراهم می کنند.
در کنار هیدروژن به عنوان سوخت، پیل های سوختی به اکسیژن نیز احتیاج دارند.
اکسیژن وارد کاتد می شود و در بعضی از انواع پیل های سوختی با الکترون هایی که از مدار الکتریکی و یون های هیدروژن که از طریق آند از طریق الکترولیت عبور کرده اند، ترکیب می شود.
در نوع دیگری از پیل ها، اکسیژن الکترون ها را جمع کرده و
سپس از طریق الکترولیت به آند می رود و در آنجا با یون های هیدروژن ترکیب می شود.
در نتیجه انرژی مورد نیاز برای تولید الکتریسیته فراهم می شود.
جریان تولید شده توسط این فناوری DC است.
در صورت نیاز به جریان متناوب یا AC، باید خروجی DC از طریق دستگاه اینورتر تبدیل و هدایت شود.