مقاله کامل در مورد پیل سوختی

فهرست عناوين
تاريخچه پیل سوختی
پيل سوختي چيست؟
مشخصات عمومي پیل های سوختی یا فیولسل ها
نقش الكتروليت در پيل سوختي
انواع پيلهاي سوختي كدامند؟
مزاياي پيل سوختي چيست؟
چه سوختهايي مي‎توانند در پيلهاي سوختي بكار روند؟
كاربردهاي پيل سوختي چيست؟
قيمت پيلهاي سوختي چقدر است؟
آيا مي‎توان از پيلهاي سوختي براي انرژي مصرفي منازل استفاده نمود؟
روشهاي توليد پيل سوختي
سوخت تازه برای پیل های سوختی
ساخت پيل سوختي با نيروي باكتري
كاربردهاي پيل سوختي نيروگاهي
يکي ديگر از انگيزه هاي وسوه برانگيز بکارگيري پيل سوختي
“هيدروژن 3 اوپل” دونده دو ماراتن، قهرمان مسابقات رالي
سكوئل جنرال موتورز
فناوری های مصرف هیدروژن – پیل سوختی Hydrogen & fuel cell
 بهبود کارایی پیل‌های سوختی با الکترولیت‌های پلیمری
تأمین انرژی پیل های سوختی مبتنی
هیدروژن, سوخت مصرفی پیل ها
روشهای تهیه هیدروژن
پیل سوختی اسید فسفوریک (PAFN)
کاربرد های پیل های سوختی اسید فسفریک
کاربردهای پیل های سوختی درکشورهای مختلف
نخستين‎‎ خودروهاي‎ پيل‎ سوختي‎در ايران
نانو بيوتكنولوژي
نحوه توليد برق در پيل سوختي
كاربردهاي پيل سوختي فضايي
پيل سوختی به جای باتری
تاريخچه پیل سوختی
اگر چه پيل‌سوختي به تازگي به عنوان يكي از راهكارهاي توليد انرژي الكتريكي مطرح شده است ولي تاريخچه آن به قرن نوزدهم و كار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر مي‌گردد. او اولين پيل‌سوختي را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.
William grove
واژه “پيل‌سوختي” در سال 1889 توسط لودويک مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها نوعي پيل‌سوختي که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف مي‌کرد، ساختند. تلاش‌هاي متعددي در اوايل قرن بيستم در جهت توسعه پيل‌سوختي انجام شد که به دليل عدم درک علمي مسئله هيچ يک موفقيت آميز نبود. علاقه به استفاده از پیل سوختی با کشف سوخت‌های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.
فصلي ديگر از تاريخچه تحقيقات پيل‌سوختي توسط فرانسيس بيكن از دانشگاه كمبريج انجام شد. او در سال 1932 بر روي ماشين ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسياري انجام داد. اين اصلاحات شامل جايگزيني كاتاليست گرانقيمت پلاتين با نيكل و همچنين استفاده از هيدروكسيدپتاسيم قليايي به جاي اسيد سولفوريك به دليل مزيت عدم خورندگي آن مي‌باشد. اين اختراع كه اولين پيل‌سوختي قليايي بود، “Bacon Cell” ناميده شد. او 27 سال تحقيقات خود را ادامه داد تا توانست يك پيل‌سوختي كامل وكارا ارائه نمايد. بيكون در سال 1959 پيل‌سوختي با توان 5 كيلووات را توليد نمود كه مي‌توانست نيروي محركه يك دستگاه جوشكاري را تامين نمايد.
تحقيقات جديد در اين عرصه از اوايل دهه 60 میلادی با اوج گيري فعالیت‌های مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد. مركز تحقيقات ناسا در پي تامين نيرو جهت پروازهاي فضايي با سرنشين بود. ناسا پس از رد گزينه‌هاي موجود نظير باتري (به علت سنگيني)، انرژي خورشيدي(به علت گران بودن) و انرژي هسته‌اي (به علت ريسك بالا) پيل‌سوختي را انتخاب نمود.
تحقيقات در اين زمينه به ساخت پيل‌سوختي پليمري توسط شركت جنرال الكتريك منجر شد. ایالات متحده فن‌آوری پیل سوختی را در برنامه فضايي Gemini استفاده نمود كه اولين كاربرد تجاري پيل‌سوختي بود.
پيل سوختي چيست؟
پيل سوختي مانند يك باطري كار مي كند اما بر خلاف باطري مادامي كه به آن سوخت رسانده شود، از كار نمي افتد و به شارژ مجدد احتياج ندارد و انرژي را بصورت الكتريسيته و گرما توليد خواهد كرد.پيلهاي سوختي ابزارهاي الكتروشيميايي هستند كه انرژي شيميايي يك واكنش را مستقيما به انرژي الكتريكي تبديل ميكنند . ساختار فيزيكي و بنيادي يا مصالح ساختماني پيل سوختي از يك لايه الكتروليت تشكيل شده كه با يك كاتد و آند منفذ دار در هر طرف در تماس است.
يك سيستم پيل سوختي شامل يك Fuel Reformer مي تواند هيدروژن را از يك سوخت هيدروكربني مانند گاز طبيعي،متانول و حتي بنزين تهيه كند. چون پيل سوختي بر اساس شيمي كار مي كند نه احتراق، خروجيهاي چنين سيستمي خيلي كمتر از تميزترين فرايندهاي احتراق سوختي مي باشد.
در يك پيل سوختي معمولي سوختهاي گازي به طور پيوسته به قطعه آند (الكترود منفي) و يك اكساينده (مثلا اكسيژن هوا) به قطعه كاتد (الكترود مثبت) مرتبا خورانده ميشود.واكنشهاي الكتروشيميايي در الكترودها رخ مي دهد تا جريان الكتريكي توليد كند. هر چند پيل سوختي اجزا و خصوصياتي شبيه به باتري معمولي دارد اما از چند جهت متفاوت است. باتري ابزار ذخيره انرژي است. بيشترين انرژي موجود توسط مقدار واكنش دهنده هاي شيميايي ذخيره شده درون خود باتري تعيين مي گردد. باتري توليد انرژي الكتريكي را متوقف خواهد كرد وقتيكه واكنش دهنده هاي شيميايي مصرف (تخليه) شوند. در باتري نوع دوم واكنش دهنده ها توسط شارژ مجدد دوباره توليد ميشوند كه شامل دادن انرژي به باتري از يك منبع خارجي است. از طرف ديگر پيل سوختي ابزار تبديل انرژي است كه به لحاظ تئوري در طول مدتي كه سوخت و اكساينده براي الكترودها فراهم ميشوند توانايي توليد انرژي الكتريكي را دارد. شكل 1-2 نمودار ساده شده ايست كه چگونگي كاركرد پيل سوختي را نشان مي دهد. در واقع فساد و اساسا خوردگي و يا خرابي اجزا عمر مفيد پيلهاي سوختي را محدود ميكند.
قابل ذكر است كه فلز يون و مسير انتقال آن با تاثير بر مكان توليد و انتقال آب مي تواند اثر مستقيم را متفاوت كند. يون مي تواند مثبت يا منفي باشد به اين معني كه يون بار منفي يا مثبت (مازاد يا كمبود الكترون) را حمل ميكند. گازهاي اكساينده يا سوخت از سطح آند و كاتد مخالف الكتروليت جريان مي يابد و بوسيله اكسيداسيون الكتروشيميايي سوخت معمولا هيدروژن و كاهش الكتروشيميايي اكساينده معمولا اكسيژن انرژي الكتريكي توليد مي گردد.
اپلبي و فولكس (1) يادآور شده اند كه در تئوري هر ماده اي كه بتواند اكسيداسيون شيميايي انجام دهد و بتواند بطور پيوسته (بصورت سيال) ذخيره گردد مي تواند بطور محرك بصورت سوخت در آند پيل سوختي مصرف گردد. بطور مشابه اكساينده مي تواند هر سيالي باشد كه بتواند با يك سرعت كافي كاهش يابد. هيدروژن گازي به دليل واكنش پذيري بالاي آن هنگامي كه كاتاليزورهاي مناسب استفاده گردد توانايي آن براي فراهم شدن از هيدروكربنها براي كاربرد هاي جهاني و تراكم انرژي بالاي آن وقتيكه بطور سرمايشي براي كاربرد در محيط هاي بسته مانند هوا ذخيره مي گردد سوخت منتخب در بيشتر كاربردها شده است. به همين ترتيب معمولترين اكساينده اكسيژن گازي است به سادگي و به لحاظ اقتصادي براي كاربردهاي جهاني از طريق هوا در دسترس است و نيز به راحتي در محيط بسته ذخيره مي گردد. هم كنش سه فازي در ميان واكنش دهنده ها الكتروليت و كاتاليزور در ناحيه الكترود منفذ دار ايجاد مي گردد.
اين هم كنشي نقش مهمي در عملكرد الكتروشيميايي پيل سوختي بويژه در پيلهاي سوختي با الكتروليت هاي مايع بازي مي كند. در چنين پيلهاي سوختي گازهاي واكنش دهنده از طريق يك پوسته الكتروليت نازك كه بخشهايي از الكترود منفذ دار را خيس مي كند نشت كرده و بطور الكتروشيميايي در سطح الكترود مربوطه واكنش ميدهد. اگر الكترود منفذ دار محتوي مقدار قابل توجهي الكتروليت باشد ممكن است الكترود پر شود و انتقال گونه گازي در فاز الكتروليت به مكان واكنش محدود گردد و نتيجه كاهش در عملكرد الكتروشيميايي الكترود منفذ دار مي باشد. بنابراين تعادل ظريفي بايد در بين الكترود ، الكتروليت و فازهاي گازي در ساختار
الكترود منفذ دار حفظ گردد. بيشتر تلاشهاي اخير در توسعه تكنولوژي پيل سوختي به كاهش ضخامت اجزاء پيل همزمان با اصلاح و بهبود ساختار الكترود و فاز الكتروليت با هدف كسب عملكرد الكتروشيميايي پايدارتر و بيشتر همراه با كاهش هزينه اختصاص يافته است.
الكتروليت نه تنها واكنش دهنده هاي حل نشده را به الكترود منتقل ميكند بلكه بار يوني بين الكترود ها را هدايت كرده و بنابراين مدار الكتريكي پيل را كامل ميكند كه در شكل 1-1 آمده است. همچنين مانعي فيزيكي فراهم ميكند تا از تركيب مستقيم جريانهاي گاز واكنش دهنده و سوخت جلوگيري كند.
كار الكترود هاي منفذ دار در پيل هاي پوختي شامل : 1) فراهم آوردن مكان مسطحي كه واكنش هاي يونيزاسيون يا عكس يونيزاسيون مايع يا گاز بتواند رخ دهد. 2) هدايت كردن يونها به داخل يا به دور از هم كنش سه فازي هنگامي كه شكل مي گيرند (بنابراين يك الكترود بايد از موادي ساخته شود كه هدايت الكتريكي خوبي داشته باشند 3) فراهم كردن مانع فيزيكي كه فاز گازيو الكتروليت را جدا كند. پيامد گزينه 1 اين است كه به منظور افزايش سرعت واكنشها مواد الكترود بايد كاتاليت و هم هدايتگر و منفذ دار بجاي يكدست شود. عملكرد كاتاليزوري الكترود ها در پيلهاي سوختي دما-پايين اهميت بيشتر و در پيلهاي سوختي دما-بالا اهميت كمتري مي يابد. زيرا سرعت هاي واكنش يونيزاسيون با دما افزايش مي يابد. همچنين اين پيامد را دارد كه الكترود هاي منفذ دار بايد براي هر دوي الكتروليت و گازها نفوذ پذير باشد اما نه طوري كه رسانه بتواند

فایل : 46 صفحه

فرمت : Word