يکي از موارد مهمي که بشر از ابتدا به عنوان يک چالش اساسي با آن مواجه بوده است يافتن روشهاي نوين و پر بازده تبديل انرژي سوختها به انرژي قابل استفاده بوده است شايد بتوان اولين تجربه انسان در اين راه را ساخت ماشينهاي اوليه بخار دانست اين ماشينها داراي راندمان بسيار پايين بودند بعد از اختراع موتورهاي احتراق داخلي توسط اتو اين راندمان نسبتا بهبود يافت و به مرز 7 % در موتورهاي اوليه رسيد با پيشرفت علم ترموديناميک سيکلهاي احتراقي بهتري پا به عرصه گذاشتند هر چند برخي از آنها يا قابل اجرا نبودند يا با مشکلات ساخت و تجهيزات پيچيده مواجه بودند. بهترين سيکل حرارتي کاربردي که تا کنون مورد استفاده بشر قرار گرفته است سيکل ترکيبي برايتون – رانکين مي باشد که در نيروگاههاي حرارتي توليد برق مورد استفاده قرار گرفته است و بازده آن قريب به 45 % مي باشد اما امروزه بشر به فن آوري جالب پيل سوختي به عنوان جانشين بسيار مناسب براي موتورهاي احتراق داخلي مي انديشد از آنجاييکه اين وسيله از سيکل کارنو تبعيت نمي کند و بصورت مستقيم و بواسطه فرآيند الکتروشيميايي ، انرژي شيميايي سوخت را به انرژي الکتريکي تبديل مي نمايد مي توان بسته به نوع سوخت راندماني بين 80 % براي سوخت هيدروژن خالص و 30 % براي گاز متان داشته باشد.
امروزه پيل سوختي به يک رقيب مناسب براي توربينهاي گاز در نيروگاهها ، موتورهاي احتراق داخلي در خودروها و باطريها در کامپيوترهاي کيفي تبديل شده است جريان مستقيم توليد شده توسط پيل سوختي را مي توان براي کاربردهاي الکتريکي بويژه بکارانداختن موتورهاي الکتريکي و روشنايي استفاده نمود.
يکي از شيوه هاي اساسي که تکنولوژي آن در دهه اخير به سرعت توسعه يافته است استفاده از پيلهاي سوختي جهت تأمين همزمان الکتريسيته و حرارت به روش الکتروشيميايي مي باشد در اين روش که به عبارتي مي توان آن را عمل الکتروليز معکوس قلمداد کرد انرژي شيميايي ذخيره شده در سوختهاي فسيلي بدون احتراق استخراج مي گردد اين سيستمها در مقايسه با ساير روشها از کارائي زيادي برخوردار بوده و آلودگي بسيار کمي توليد مي کند. با توجه به اينکه پيلهاي سوختي بصورت شيميايي برق توليد مي کنند خيلي بهتر از احتراق خواهند بود آنها محدوديت قوانين ترمود يناميک را که واحدهاي توليد قدرت مرسوم دارند ندارند بنابراين پيلهاي سوختي بازده بسيار بيشتري در توليد انرژي از يک سوخت خواهند داشت همچنين با افزايش هر چه بيشتر بازدهي سيستم مي توان اتلاف گرما از بعضي سلولها را مهار کرد.
همانطور که مي دانيم در اتومبيل ها وسايل زيادي نظير کولر، گرم کن، راديو و ... با نيروي مکانيکي توليد شده و يا با باتري داخل اتومبيل تغذيه مي شوند. بنابراين اگر در هنگام حرکت از اين وسايل استفاده شود مقداري از نيروي موتور صرف تغذيه ي اين وسايل مي شود. و مي توان گفت که استفاده از اين وسايل تقريبا مداوم و بي وقفه است. يکي از اولين کاربرد هاي پيل هاي سوختي مذکور تامين انرژي لازم براي وسايلي نظير کولر ، بخاري ، راديو و ... در اتومبيل هاي سنگين است. در حالتي که اينگونه اتومبيل ها در جا کار نمي کنند بلکه در حال حرکت هستند. زيرا اگر انرژي لازم براي اين وسايل در حالت درجا کار کردن از موتور گرفته شود مشكلي به وجود نمي آيد. اما اگر اتومبيل در حال حرکت باشد مقداري از نيروي موتور به جاي اينکه صرف جلو بردن اتومبيل شود صرف به کار انداختن اين وسايل مي شود.
1-2 پيل سوختي چيست؟
پيل سوختي واحدي است که بوسيله واکنش شيميايي برق توليد مي کند هر پيل سوختي دو عدد الکترود دارد که يکي مثبت و ديگري منفي ميباشد که بطور عام کاتد و آند ناميده مي شوند واکنشهايي که توليد الکتريسيته مي کنند در الکترودها اتفاق مي افتد.
همچنين هر پيل سوختي يک الکتروليت دارد که ذرات داراي بار الکتريکي رااز يک الکترود به الکترود ديگر منتقل مي کند و يک کاتاليست که انجام واکنش در الکترودها را تسريع مي کند .
هيدروژن سوخت اصلي است ولي پيلهاي سوختي به اکسيژن نيز نياز دارند يکي از مزيتهاي بزرگ پيلهاي سوختي توليد الکتريسيته با ايجاد حداقل آلودگي ميباشد بيشتر اکسيژن و هيدروژني که در توليد الکتريسيته بکار ميرود در نهايت با ترکيب شدن با يکديگر توليد آب مي کنند.
يک پيل سوختي ساده توليد مقدار کوچکي از جريان برق ( DC ) مي کند در عمل بسياري از پيلهاي سوختي بصورت يک سري سوار مي شوند.
پيلهاي سوختي بر چند گونه اند که هر کدام داراي فرآيند شيميايي خاص خود مي باشند پيلهاي سوختي بسته به نوع الکتروليت آنها دسته بندي مي گردند که هر کدام از آنها براي کاربرد خاصي مناسب مي باشد.
پيل سوختي در واقع يک وسيله الکتروشيميايي است که بطور مداوم انرژي شيميايي يک سوخت را به انرژي الکتريکي تبديل مي کند ( اکسيداسيون سوخت ) يک پيل سوختي، سوخت و اکسيد کننده را در الکترودهاي جداگانه دريافت کرده و انرژي شيميايي اضافي را به جريان الکتريسيته مستقيم تبديل مي نمايد پيلهاي سوختي سريع و تمييز بوده و محصول جانبي آنها آب دي اکسيد کربن و گاهي نيتروژن مي باشد.
در باتري ها الکترود ها در طول شارژ يا دشارژ دچار تغيير شيميايي مي شوند. اما در پيل سوختي از آنجا که الکترود ها کاتاليزور هستند دچار تغيير شيميايي نمي شوند.
امروزه پيل سوختي به يک رقيب مناسب براي توربينهاي گاز در نيروگاهها ، موتورهاي احتراق داخلي در خودروها و باطريها در کامپيوترهاي کيفي تبديل شده است جريان مستقيم توليد شده توسط پيل سوختي را مي توان براي کاربردهاي الکتريکي بويژه بکارانداختن موتورهاي الکتريکي و روشنايي استفاده نمود.
يکي از شيوه هاي اساسي که تکنولوژي آن در دهه اخير به سرعت توسعه يافته است استفاده از پيلهاي سوختي جهت تأمين همزمان الکتريسيته و حرارت به روش الکتروشيميايي مي باشد در اين روش که به عبارتي مي توان آن را عمل الکتروليز معکوس قلمداد کرد انرژي شيميايي ذخيره شده در سوختهاي فسيلي بدون احتراق استخراج مي گردد اين سيستمها در مقايسه با ساير روشها از کارائي زيادي برخوردار بوده و آلودگي بسيار کمي توليد مي کند. با توجه به اينکه پيلهاي سوختي بصورت شيميايي برق توليد مي کنند خيلي بهتر از احتراق خواهند بود آنها محدوديت قوانين ترمود يناميک را که واحدهاي توليد قدرت مرسوم دارند ندارند بنابراين پيلهاي سوختي بازده بسيار بيشتري در توليد انرژي از يک سوخت خواهند داشت همچنين با افزايش هر چه بيشتر بازدهي سيستم مي توان اتلاف گرما از بعضي سلولها را مهار کرد.
همانطور که مي دانيم در اتومبيل ها وسايل زيادي نظير کولر، گرم کن، راديو و ... با نيروي مکانيکي توليد شده و يا با باتري داخل اتومبيل تغذيه مي شوند. بنابراين اگر در هنگام حرکت از اين وسايل استفاده شود مقداري از نيروي موتور صرف تغذيه ي اين وسايل مي شود. و مي توان گفت که استفاده از اين وسايل تقريبا مداوم و بي وقفه است. يکي از اولين کاربرد هاي پيل هاي سوختي مذکور تامين انرژي لازم براي وسايلي نظير کولر ، بخاري ، راديو و ... در اتومبيل هاي سنگين است. در حالتي که اينگونه اتومبيل ها در جا کار نمي کنند بلکه در حال حرکت هستند. زيرا اگر انرژي لازم براي اين وسايل در حالت درجا کار کردن از موتور گرفته شود مشكلي به وجود نمي آيد. اما اگر اتومبيل در حال حرکت باشد مقداري از نيروي موتور به جاي اينکه صرف جلو بردن اتومبيل شود صرف به کار انداختن اين وسايل مي شود.
1-2 پيل سوختي چيست؟
پيل سوختي واحدي است که بوسيله واکنش شيميايي برق توليد مي کند هر پيل سوختي دو عدد الکترود دارد که يکي مثبت و ديگري منفي ميباشد که بطور عام کاتد و آند ناميده مي شوند واکنشهايي که توليد الکتريسيته مي کنند در الکترودها اتفاق مي افتد.
همچنين هر پيل سوختي يک الکتروليت دارد که ذرات داراي بار الکتريکي رااز يک الکترود به الکترود ديگر منتقل مي کند و يک کاتاليست که انجام واکنش در الکترودها را تسريع مي کند .
هيدروژن سوخت اصلي است ولي پيلهاي سوختي به اکسيژن نيز نياز دارند يکي از مزيتهاي بزرگ پيلهاي سوختي توليد الکتريسيته با ايجاد حداقل آلودگي ميباشد بيشتر اکسيژن و هيدروژني که در توليد الکتريسيته بکار ميرود در نهايت با ترکيب شدن با يکديگر توليد آب مي کنند.
يک پيل سوختي ساده توليد مقدار کوچکي از جريان برق ( DC ) مي کند در عمل بسياري از پيلهاي سوختي بصورت يک سري سوار مي شوند.
پيلهاي سوختي بر چند گونه اند که هر کدام داراي فرآيند شيميايي خاص خود مي باشند پيلهاي سوختي بسته به نوع الکتروليت آنها دسته بندي مي گردند که هر کدام از آنها براي کاربرد خاصي مناسب مي باشد.
پيل سوختي در واقع يک وسيله الکتروشيميايي است که بطور مداوم انرژي شيميايي يک سوخت را به انرژي الکتريکي تبديل مي کند ( اکسيداسيون سوخت ) يک پيل سوختي، سوخت و اکسيد کننده را در الکترودهاي جداگانه دريافت کرده و انرژي شيميايي اضافي را به جريان الکتريسيته مستقيم تبديل مي نمايد پيلهاي سوختي سريع و تمييز بوده و محصول جانبي آنها آب دي اکسيد کربن و گاهي نيتروژن مي باشد.
در باتري ها الکترود ها در طول شارژ يا دشارژ دچار تغيير شيميايي مي شوند. اما در پيل سوختي از آنجا که الکترود ها کاتاليزور هستند دچار تغيير شيميايي نمي شوند.
آخرین ویرایش:
