پیل سوختی و کاربردهای آن

[S H i M A]

تاریخچه پیل سوختی

اگر چه پیل‌سوختی به تازگی به عنوان یكی از راهكارهای تولید انرژی الكتریكی مطرح

شده است ولی تاریخچه آن به قرن نوزدهم و كار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر

می‌گردد. او اولین پیل‌سوختی را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز

آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.

واژه "پیل‌سوختی" در سال 1889 توسط لودویک مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها

نوعی پیل‌سوختی که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف می‌کرد، ساختند.

تلاش‌های متعددی در اوایل قرن بیستم در جهت توسعه پیل‌سوختی انجام شد که به دلیل

عدم درک علمی مسئله هیچ یک موفقیت آمیز نبود. علاقه به استفاده از پیل سوختی با

کشف سوخت‌های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.

فصلی دیگر از تاریخچه تحقیقات پیل‌سوختی توسط فرانسیس بیكن از دانشگاه كمبریج

انجام شد.

او در سال 1932 بر روی ماشین ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسیاری انجام

داد. این اصلاحات شامل جایگزینی كاتالیست گرانقیمت پلاتین با نیكل و همچنین استفاده

از هیدروكسیدپتاسیم قلیایی به جای اسید سولفوریك به دلیل مزیت عدم خورندگی آن

می‌باشد. این اختراع كه اولین پیل‌سوختی قلیایی بود، “Bacon Cell ” نامیده شد. او 27

سال تحقیقات خود را ادامه داد تا توانست یك پیل‌سوختی كامل وكارا ارائه نماید. بیكون

در سال 1959 پیل‌سوختی با توان 5 كیلووات را تولید نمود كه می‌توانست نیروی محركه

یك دستگاه جوشكاری را تامین نماید. تحقیقات جدید در این عرصه از اوایل دهه 60 میلادی

با اوج گیری فعالیت‌های مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد. مركز تحقیقات ناسا

در پی تامین نیرو جهت پروازهای فضایی با سرنشین بود. ناسا پس از رد گزینه‌های موجود

نظیر باتری (به علت سنگینی)، انرژی خورشیدی(به علت گران بودن) و انرژی هسته‌ای

(به علت ریسك بالا) پیل‌سوختی را انتخاب نمود.

تحقیقات در این زمینه به ساخت پیل‌سوختی پلیمری توسط شركت جنرال الكتریك منجر

شد.

ایالات متحده فن‌آوری پیل سوختی را در برنامه فضایی Gemini استفاده نمود كه اولین كاربرد

تجاری پیل‌سوختی بود.

پرت و ویتنی دو سازنده موتور هواپیما پیل‌سوختی قلیایی بیكن را به منظور كاهش وزن و

افزایش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضایی آپولو به كار بردند. در هر دو پروژه پیل‌

سوختی بعنوان منبع انرژی الكتریكی برای فضاپیما استفاده شدند.

اما در پروژه آپولو پیل‌های سوختی برای فضانوردان آب آشامیدنی نیز تولید می‌كرد. پس از

کاربرد پیل‌های سوختی در این پروژه‌ها، دولت‌ها و شركت‌ها به این فن‌آوری جدید به عنوان

منبع مناسبی برای تولید انرژی پاك در آینده توجه روزافزونی نشان دادند.

از سال 1970 فنآوری پیل‌سوختی برای سیستم‌های زمینی توسعه یافت. تحریم نفتی از

سال1973-1979 موجب تشدید تلاش دولتمردان امریكا و محققین در توسعه این فن‌آوری به

جهت قطع وابستگی به واردات نفتی گشت.

در طول دهه 80 تلاش محققین بر تهیه مواد مورد نیاز، انتخاب سوخت مناسب و كاهش

هزینه استوار بود. همچنین اولین محصول تجاری جهت تامین نیرو محركه خودرو در سال1993

توسط شركت بلارد ارائه شد.


كاربردهای پیل سوختی نیروگاهی

بازار مولدهای نیروگاهی پیل‌سوختی بسیار گسترده است و کاربردهای دولتی، نظامی و

صنعتی را شامل می‌شود. همچنین به عنوان نیروی پشتیبان در مواقع اضطراری در مخابرات،

صنایع پزشکی، ادارات، بیمارستان‌ها، هتل‌های بزرگ و سیستم‌های کامپیوتری به کار می‌رود.

پیل‌های سوختی نسبتاً آرام و بی‌صدا هستند لذا جهت تولید برق محلی مناسبند. علاوه بر

کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاه‌ها می‌توان جهت

گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.

این نیروگاه‌ها در مصارف کوچک بازدهی الکتریکی بالایی دارند و همچنین در ترکیب با نیروگاه‌های

گاز طبیعی بازدهی الکتریکی آنها به 70-80% می‌رسد.
مزیت دیگر این نیروگاه‌ها عدم آلودگی محیط زیست است. خروجی نیروگاه‌های پیل‌سوختی بخار‌

آب می باشد.

نیروگاه‌های پیل سوختی قابلیت استفاده از سوخت‌های مختلف مانند متانول، اتانول، هیدروژن،

گاز طبیعی، پروپان و بنزین را دارند و مانند سایر نیروگاه‌ها محدود به استفاده از یک منبع انرژی

خاص نیست.

از زمانیکه اولین پیل‌سوختی نیروگاهی در دهه 60 تولید گشت، تا کنون در مجموع 650 سیستم

کامل با توان بیش از 10 کیلووات (میانگین آن 200 کیلووات است) ساخته شد. تقریباً 90 درصد

از این واحدها با گاز طبیعی تغذیه می شود. البته استفاده از سوخت‌های جایگزین نظیر بیوگاز

و گاز ذغال نیز پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته است.

در این بخش نیروگاه انواع متنوع پیل‌سوختی به کار رفته است.

در ابتدا از پیل‌سوختی اسید فسفریک آغاز گردید و سپس پیل‌سوختی پلیمری و پیل‌سوختی

کربنات مذاب جایگزین آن گشتند. در حالیکه پیل‌سوختی اکسید جامد در آینده بازار را به قبضه

در خواهد آورد.

در بخش پیل‌های سوختی نیروگاهی کوچک (زیر 10 کیلووات) نیز رشد قابل ملاحظه‌ای را

شاهد بودیم.

تعداد این واحدها اکنون به 1900 رسیده است. این سیستم جهت مصارف خانگی و بازارهایی

از قبیل UPS ونیروی پشتیبان در اماکن دوردست کاربری دارد. نیمی از محصولات در آمریکای

شمالی توسعه یافته است.

در بخش سیستم‌های نیروگاهی کوچک 20 درصد سهم بازار را پیل‌سوختی اکسیدجامد و

مابقی را پیل‌سوختی پلیمری تشکیل می‌‌دهد. بازار پیل‌سوختی کوچک در ژاپن که به مصارف

خانگی اختصاص دارد، منحصراً با پیل‌سوختی پلیمری است و امید است تا انتهای سال 2005

محصولات به بازار عرضه گردند.

فروش تعدادی از واحدهای نیروگاهی کوچک آغاز شده است که از جمله آنها سیستم GenCore

شرکت Plug Power می باشد(توان 5 کیلووات، 15000 دلار)

دولت ژاپن حمایت خود از توسعه پیل‌های سوختی نیروگاهی در ابعاد بزرگ را از سال 1980

آغاز نموده است و شرکت های ژاپنی گاز توکیو و Osaca از بزرگترین شرکت های توسعه

دهنده این فن‌آوری می‌باشند.


انواع پیلهای سوختی

پیلهای سوختی در انواع زیر موجود می‎باشند:

پیلهای سوختی اسیدفسفریكی

پیلهای سوختی پلیمری

پیلهای سوختی اكسید جامد

پیلهای سوختی قلیایی

پیلهای سوختی متانولی


مزایای پیل سوختی چیست؟

راندمان بالا، حداقل نشر آلاینده‎های زیست محیطی،امكان استفاده از سوختهای فسیلی و

پاك، مدولار بودن و قابلیت تولید همزمان حرارت و الكتریسیته و استفاده در كاربردهای تولید

غیرمتمركز انرژی از جمله مزایای پیل سوختی می‎باشند.


جدیدترین راه تولید پیل سوختی

لوى تامپسون، پرفسور مهندسى شیمى و رئیس تیم تحقیقاتى پیل سوختى جدید در این

مورد چنین مى گوید: «ما به سامانه اى رسیده ایم كه بسیار مشابه سامانه هایى است

كه براى تولید ابزارهاى میكرو الكترونیك مورد استفاده قرار مى گیرد.»

روشى كه پرفسور تامپسون و تیم همكار او به آن رسیده اند، استفاده از میكروفابریكیشن

است.

میكروفابریكیشن خلق ساختارهاى فیزیكی، ابزار و مواد مركبى است كه اجزاى تشكل دهنده

آنها در حدود یك میكرومتر هستند. میكروالكترونیك ها منبع انرژى كالاهاى بسیار زیادى هستند

از كارت تبریك صوتى گرفته تا كامپیوترهاى قابل حمل.

تامپسون یكى از بزرگترین موانع استفاده تجارى و گسترده از پیل هاى سوختى را هزینه بالاى

ساخت آن مى داند. براى اینكه از این منبع در مصارف روزمره استفاده كرد، باید هزینه تولید آن

پایین تر بیاید تا مثلا در یك كامپیوتر قابل حمل مورد استفاده قرار گیرد.

در شیوه معمول كنونی، پیل هاى سوختی، مشابه خودروها تولید مى شوند یعنى قطعات مختلف

آنها به صورت جداگانه ساخته مى شوند و سپس روى هم سوار مى شوند تا یك پیل سوختى

تولید شود. این كار گستره بسیار زیادى دارد و علاوه بر هزینه بالاى آن، كه به آن اشاره شد نیاز

به زمان بسیار زیادى دارد.

اما گروه تحقیقاتى تامپسون با استفاده از فرآیند پیشرفته میكروفابریكیشن، نسل جدید پیل هاى

سوختى را مى سازد. این بار به جاى تولید جداگانه پیل سوختی، آنها به صورت لایه لایه ساخته

مى شوند، روشى كه در حال حاضر براى ساخت ابزارهاى میكروالكترونیك مورد استفاده قرار

مى گیرد.

با این قیمت، پیل هاى سوختى مى توانند با باترى هاى یون لتییوم كه در سطح وسیع مورد

استفاده قرار مى گیرند رقابت كنند.

دانشگاه میشیگان استفاده از میكروفابریكیشن براى تولید پیل سوختى را دو سال و نیم پیش

آغاز كرد.

اولین بازار آنها وسایل برقى است، ولى آنها در گام بعدى مى خواهند از پیل هاى سوختى در

اتومبیل ها استفاده كنند.


سوخت تازه برای پیل های سوختی

با استفاده از اسیدفرمیك به عنوان سوخت غیرقابل اشتعال در پیل های سوختی محصولات

الكترونیكی قابل حمل بدون اتصال به شبكه برق كار می كنند. شركت های BASE و Tekion

توسعه دهنده پیل های سوختی مینیاتوری برای محصولات قابل حمل به منظور توسعه اسید

فرمیك به عنوان سوخت برای فناوری پیل سوختی Tekion تفاهم نامه ای امضا كردند.BASE

بزرگترین تولید كننده اسیدفرمیك در دنیا محسوب می شود و قصد دارد با همكاری Tekion،

فرمولاسیون مناسبی را برای اسیدفرمیك تهیه و آزمایش كند. این دو شركت همچنین در

زمینه توسعه كدها و استانداردهای مرتبط با این موضوع نیز فعالیت خواهند داشت و تجربه

هایشان را در زمینه سازگاری این مواد برای پیل های سوختی به اشتراك می گذارند. بر

اساس این گزارش، اولین كاربرد تجاری محصولات Tekion، یك نمونه «بسته انرژی» است

كه درون دستگاه های الكترونیكی قابل حمل جای گرفته یا به آنها متصل می شود تا این

دستگاه ها بتوانند بدون اتصال به شبكه برق كار كنند.

این بسته یك سیستم هیبریدی باتری پیل سوختی مینیاتوری است كه با نام تجاری بسته

انرژی Formira در بازار موجود است و سوخت گیری آن با تعویض كارتریج اسیدفرمیك صورت

می گیرد.


ساخت پیل سوختی با نیروی باكتری

تیمی متشكل از میكروبیولوژیست‌ها، مهندسین و متخصصان شیمی زمین از دانشگاه‌های

كالیفرنیای جنوبی و رایس به منظور ساخت پیل‌های سوختی ( به اندازه یك كف دست) با نیروی

محركه باكتری برای تامین انرژی هواپیماهای جاسوسی همكاری مشترك خود را آغاز كردند.

نیروی هوایی آمریكا از مدتها قبل در پی تولید وسایل نقلیه هوایی در مقیاس مینیاتوری (به اندازه

حشرات) بود، اما تاكنون این خواسته به دلیل نداشتن منبع انرژی فشرده مناسب ناكام مانده

است. این گروه تحقیقاتی امیدوار است با سرمایه‌گذاری 4/4 میلیون دلاری مركز تحقیقات

دانشگاهی در وزارت دفاع (MURI) بتواند با تولید نخستین نمونه بدون سرنشین، طی پنج سال

آینده این اندیشه را محقق سازد.

بر اساس این گزارش، در دانشگاه رایس به منظور درك چگونگی اتصال و اثر متقابل باكتری Sewanella

بر سطوح آند در پیل سوختی، تحقیقاتی در حال انجام است.

آند در پیل سوختی و باتری‌ها، وظیفه جمع‌آوری الكترون اضافی را بر عهده دارد و این تیم قصد

دارد شرایط بهینه انتقال الكترون‌ها در سطح آند در شرایط مختلف را تعیین كند.

اجزای اصلی این سیستم باكتری، سطح و محلول هضم كننده باكتری است كه تغییر هر یك از

این عوامل روی دو عامل دیگر مؤثر بوده و هدف، یافتن شرایط بهینه عملكرد سیستم كلی است.

دانشگاه كالیفرنیای جنوبی در زمینه روش‌های ژنتیكی، حفظ متابولیسم تنفسی میكروب‌ها در

محیط‌های با اكسیژن كم، تحقیقاتی انجام داده است. Sewanella یكی از این باكتری‌ها برای

متابولیسم كامل غذا به جای اكسیژن از فلز استفاده می‌كند و از آنجا كه این ارگانیسم قادر است

مستقیما الكترون‌ها را به اكسید فلزی جامد انتقال دهد، می توان آن را در آند پیل سوختی مورد

استفاده قرار داد.

در مطالعه پیل سوختی به منظور ارزیابی رفتار باكتری در شرایط مختلف از مدل‌های رایانه‌ای استفاده

شده است كه انجام این آزمایش‌ها توسط رایانه، موجب تمركز آزمایش‌های تجربی روی روش‌های

مناسب‌تر و صرفه‌جویی در زمان و هزینه خواهد شد.

 

[S H i M A]

فایل زیر شامل موارد زیر میباشد:


1-1 تعريف پيل سوختي

1-2 اساس كار پيل سوختي

1-3 مروري بر پيل سوختي از گذشته تا حال

1-4 مزاياي پيل‌هاي سوختي

فصل دوم : انواع پيل‌هاي سوختي

2-1 پیل های سوختی پلیمری

2-1-1 ساختمان پیل های سوختی پلیمری

2-1-2 اساس كار پيل‌هاي سوختي پليمري

2-1-3 تنظيم آب و عملكرد پيل‌هاي سوختي پليمري

2-1-4 رساندن هوا و اكسيدان به پيل‌هاي سوختي پليمري

2-1-5 دماي عملكرد پيل‌هاي سوختي پليمري

2-1-6 پيل سوختي غشا – الكترود (MEA)

2-1-7 لايه‌هاي نگهدارندة الكترودها در پيل سوختي غشا – الكترود

2-1-8 صفحه‌هاي جمع كنندة جريان و منتقل كننده واكنش دهنده‌ها به پيل سوختي غشا- الكترود

2-1-8-1 خصوصيات صفحه‌هاي جمع كننده جريان/ منتقل كنندة اكسيدان

2-1-8-2 خصوصيات صفحه‌هاي جمع كننده جريان / منتقل كنندة سوخت (هيدروژن)

2-1-9 ساختن پيل سوختي غشا – الكترود

2-1-10 بازدهي توان و انرژي پيل‌هاي سوختي پليمري

2-1-11 تاثير عوامل متغير روي عملكرد پيل سوختي پليمري

2-1-11-1 اثر دما بر عملكرد پيل هاي سوختي پليمري

2-1-11-2 اثر ولتاژ بر عملكرد پيل‌هاي سوختي پليمري

2-1-12 توده پيل‌هاي سوختي پليمري

2-1-13 سوخت در پيل‌هاي سوختي پليمري

2-1-14 مزيت‌هاي پيل هاي سوختي پليمري

2-1-15 معايب پيل‌هاي سوختي پليمري

2-1-16 كاربردهاي پيل‌هاي سوختي پليمري

2-2 پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-1 ساختمان پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-2 اساس كار پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-3 اجزاي جانبي پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-3-1 توان مويينگي ماتريس الكتروليت و مكانيزم آن

2-2-4 سوخت در پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-5 تأثير عوامل متغير بر عملكرد پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-5-1 تاثير فشار بر عملكرد پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-5-2 اثر دما بر عملكرد پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-5-3 اثر تركيب گازهاي واكنش دهنده بر عملكرد پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-5-4 تاثير تغييرچگالي جريان بر عملكرد پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-6 مزاياي پيل سوختي قليايي

2-2-7 معايب پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-8 مزاياي پيل‌هاي سوختي قليايي نسبت به پيل‌هاي سوختي پليمري

2-2-9 نمونه‌هايي از كاربردهاي پيل‌هاي سوختي قليايي

2-2-10 سيستم هيبريدي پيل سوختي قليايي و باتري سربي – اسيدي

2-2-10-1 عملكرد سيستم هيبريدي

2-2-10-2 سوخت در خودروهاي الكتريكي

2-3 پيل‌هاي سوختي اسيدفسفريك

2-3-1 ساختمان پيل‌هاي سوختي اسيدفسفريك

2-3-2 اساس كار پيل‌هاي سوختي اسيدفسفريك

2-3-3 تاثير عوامل متغير بر عملكرد پيل‌هاي سوختي اسيدفسفريك

2-3-3-1 اثر تغييرات فشار بر عملكرد پيل‌هاي سوختي اسيدفسفريك

2-3-3-2 اثرات تغييرات دما بر عملكرد پيل‌هاي سوختي اسيدفسفريك

2-3-4 توده پيل‌هاي سوختي اسيد فسفريك

2-3-5 مزاياي پيل‌هاي سوختي اسيد فسفريك

2-3-6- معايب پيل‌هاي سوختي اسيدفسفريك

2-3-7 كاربرد پيل‌هاي سوختي اسيدفسفريك

2-4 پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-1 ساختمان پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-2 اساس كار پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-3 سوخت در پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-4 توده پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-5 تأثير عوامل متغير بر عملكرد پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-5-1 اثر دما روي عملكرد پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-5-2 تأثير فشار روي عملكرد پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-5-3 تأثير تركيب گازهاي واكنش دهنده بر عملكرد پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-6 مزاياي پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-7 معايب پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-4-8 كاربردهاي پيل‌هاي سوختي كربنات مذاب

2-5 پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد

2-5-1 ساختمان پيل‌هاي سوختي اكسيدجامد

2-5-2 اساس كار پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد

2-5-3 انواع پيل‌هاي سوختي اكسيدجامد

2-5-4 تأثير عوامل متغير بر عملكرد پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد

2-5-4-1 تاثير دما بر عملكرد پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد

4-5-4-2 تأثير فشار بر عملكرد پيل‌هاي سوختي اكسيدجامد

4-5-4-3 تاثير تركيب سوخت و ناخالصي‌ها بر عملكرد پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد

4-5-5 توده پيل سوختي اكسيد جامد لوله‌اي

2-5-6 توده پيل سوختي اكسيد جامد مسطح

2-5-7 سوخت در پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد

2-5-8 مزاياي پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد

2-5-9 معايب پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد

2-5-10 كاربردهاي پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد

2-5-11 توسعه فن‌آوري‌ پيل‌هاي سوختي اكسيد جامد و آينده آن

2-6 پيل‌هاي سوختي بيولوژيكي

2-6-1 ساختمان پيل‌هاي سوختي بيولوژيكي

2-6-2 اساس كار پيل‌هاي سوختي بيولوژيكي

2-6-3 مزاياي پيل‌هاي سوختي بيولوژيكي

2-7 جداول مقايسه پيل‌هاي سوختي

فصل سوم : استفاده از هیدروژن در سلول های سوختی

فصل چهارم: کاربرد نیروگاهی پیل های سوختی

فصل پنجم : کاربرد پیل های سوختی در حمل و نقل

فصل ششم : كاربرد نظامي

مراجع

 

[sosmar]

اساس کار پیل سوختی

اساس کار پیل سوختی

اساس كار پيل سوختي

هيدروژن (سوخت) به آند و اكسيژن (اكسيدان) به كاتد تزريق مي‌شود. هر اتم هيدروژن يك پروتون و يك
الكتروندارد كه با از دست دادن الكترون در آند به پروتون (H[SUP]+[/SUP]) تبديل مي‌شود و به اين ترتيب قابليت عبور از
الكتروليت را بدستمي‌اورد. (الكترون‌ها نمي‌توانند ازالكتروليت عبور كنند) H[SUP]+[/SUP] از الكتروليت عبور مي‌كند و
الكترون‌ها از طريق اتصال خارجي به كاتد مي‌رسند. در كاتد،الكترون‌ها، اكسيژن جذب شده روي كاتد، و پروتون‌ها تشكيل آب مي‌دهند كه از سيستم خارج مي‌شود. با قرار دادن موتور الكتريكي درمسير جريان الكتريكي سيستم پيل سوختي كامل مي‌شود.

اساس كار انواع پيل سوختي شبيه يكديگر است. در پيل‌هاي سوختي با عملكرد در دماي پايين بين دو واكنش دهندهپروتون و اكسيژن حايلي قرار گرفته كه از سه فاز تشكيل شده است و عبارتند از : الكتروليت و دو پوشش كاتاليزوري روي الكترودها، طبيعتو نوع اين حايل نقش اساسي در عملكرد الكتروشيميايي پيل سوختي دارد، به ويژه در مورد پيل‌هاي سوختي كه الكتروليت آنها مايع است.در چنين پيل‌هايي گازهاي واكنش دهنده از لاية نازك الكتروليت (كه مرطوب كنندة خلل و فرج الكترود است) نفوذ مي‌كنند و واكنش الكتروشيمياييروي سطح الكترود مربوطه انجام مي‌شود. اگر منافذ الكترود توسط مقدار اضافي الكتروليت پوشانيده شود در اين صورت نقل وانتقال ذراتدر فاز الكتروليت به سمت محل واكنش محدود مي‌شود كه در نتيجه عملكرد الكتروشيميايي الكترود كاهش مي‌يابد. به اين ترتيب مشخص مي‌شودكه لازم است موازنة دقيق و ظريفي بين الكترود، الكتروليت و فازهاي گازي در منافذ الكترود وجود داشته باشد. در پيل‌هاي سوختي باعملكرد در دماي بالا، لايه نازك الكتروليت است. الكتروليت علاوه بر اينكه رساناي يون‌ها بين الكترودها است، مانعي فيزيكي برايجلوگيري از انحراف جريان سوخت اكسيدان از مسير اصلي مي‌باشد.

 

[S H i M A]

سری پیل سوختی جهت تولید انرژی با راندمان بهینه ، نیازمند تجهیزات جانبی

بنام سیستم پیل سوختی است که شرایط بهینه عملکرد برای پیل سوختی ،

شامل خلوص سوخت، مقدار هوا و سوخت ورودی به سری پیل سوختی، رطوبت

گازها و مدیریت آب، کنترل دما و نهایتا فشار گازها در سیستم و سری پیل سوختی

را کنترل نمایند. یک سیستم پیل سوختی را می‌توان به سه قسمت عمده شامل

بخش سوخت رسانی(مبدل سوخت و سیستم ذخیره هیدروژن)، بخش تولید انرژی

شامل سری پیل سوختی و سیستم کنترل رطوبت، فشار، دما و دبی گازها و نهایتا

بخش تبدیل انرژی که مربوط به فصل مشترک بین پیل سوختی و مصرف کننده برق

جهت تبدیل جریان و ولتاژ برق به ولتاژ و جریان مناسب می‌باشد، تقسیم نمود.

متناسب با نوع پیل سوختی و کاربرد آن ، این سیستمها ساده و یا پیچیده می‌باشند،

بعنوان نمونه در پیلهای سوختی نیروگاهی، بخش مبدل سوخت که سوختهای فسیلی،

بیومس و یا ... را تبدیل به هیدروژن خالص می‌نماید، بخش پیچیده و اصلی سیستم

سوخت رسانی را تشکیل می‌دهد. در مصارف خودرویی سیستم سوخت رسانی بنا به

نوع زیر ساخت سوخت موجود می‌تواند دو شکل زیر را به خود بگیرد:


تولید هیدروژن در خودرو با استفاده از مبدل سوخت.


تولید هیدروژن در خارج از خودرو و ذخیره هیدروژن در خودرو.

در صورتی که هیدروژن در جایگاه سوخت گیری تولید شود، سیستم ذخیره سوخت

خودرو می‌تواند روشهای مختلفی از قبیل ذخیره هیدروژن در مخازن تحت فشار،بکار گیری

نانوتیوبها، بکارگیری جاذبهای هیدرید فلزی، بکارگیری هیدریدهای شیمیایی و ... را شامل

شود. در صورت تولید هیدروژن در خودرو ، مبدل سوخت (بالاخص مبدل بنزین و متانول) قابل

نصب بر روی خودرو بخش اصلی و پیچیده سیستم سوخت در خودرو را شامل می‌گردد.


بخش سوخت رسانی

بخش سوخت رسانی در مولدهای نیرو گاهی پیل سوختی خود از قسمت های مختلفی از

جمله راکتور مبدل سوخت، سیستم هوادهی، کمپرسور، مخازن تحت فشار و ... تشکیل

شده است. راکتور مبدل سوخت که جزء اصلی در بخش سوخت رسانی نیرو گاهی میباشد،

سوخت های هیدرو کربنی موجود را به گاز غنی از هیدروژن که خوراک پیل سوختی است

تبدیل می کند. مبدل سوخت در سیستم پیل سوختی خودروها، سیستم را کمی پیچیده

می کند اما دارای این مزیت است که از سوخت هایی استفاده می کند که در زیر ساختها

و شبکه های توزیع فعلی وجود دارند.

همانگونه که اشاره شد، هنگامی که سوخت هیدروژن خالص در خارج از خودرو تولید و در

خودروها بار گیری شود، سیستم پیل سوختی بسیار ساده تر خواهد گردید.


مبدل سوخت

دانسیته کم انرژی هیدروژن در حالت گاز، کاربرد هیدروژن را به عنوان حامل انرژی با مشکل

روبرو می سازد. بدین معنی که نسبت به سوختهای مایع همچون بنزین یا متانول از انرژی

کمی به ازای هر واحد حجم برخوردار است. بنابراین بارگیری هیدروژن گازی (تحت فشار

متوسط و پایین) به مقداری که برد حرکتی قابل قبولی را برای خودروی پیل سوختی تأمین

نماید، کاری مشکل به نظر می‌رسد. هیدروژن مایع از دانسیته انرژی خوبی برخوردار است

(حدود 120.7 کیلو ژ ول به ازاء هر کیلوگرم)

اما باید در دمای بسیار پایین ( 253 درجه سانتیگراد زیر صفر ) و فشارهای بالا ذخیره شود

که این مسئله ، ذخیره سازی و حمل و نقل آن را مشکل می‌سازد.

سوختهای متداول همچون گاز طبیعی ، پروپان و بنزین و سوختهایی مانند متانول و اتانول،

همگی در ساختار مولکولی خود هیدروژن دارند.

با بکارگیری مبدل نصب شده بر روی خودرو (onboard) یا مبدلهایی که در محلهای سوخت

گیری نصب میشوند، میتوان هیدروژن موجود در این سوختها را جدا کرده و به عنوان سوخت

در پیل سوختی مورد استفاده قرار داد. بدین ترتیب مشکل ذخیره سازی هیدروژن و توزیع

آن تقریبا بطور کامل رفع می‌شود.

کار مبدل سوخت فراهم آوردن هیدروژن مورد نیاز پیل سوختی با استفاده از سوختهایی

است که در دسترس بوده و حمل و نقل آن آسان می‌باشد. مبدلهای سوخت باید توانایی

انجام این کار را با حداقل آلودگی و بالاترین راندمان داشته باشند. عملکرد مبدلهای سوخت

به زبان ساده عبارت است از اینکه یک سوخت سرشار از هیدروژن را به هیدروژن و محصولات

فرعی دیگر تبدیل نماید.

یکی از مشکلات مهم در زمینه ساخت مبدلها اندازه و وزن مبدل می‌باشد. برای ارتقاء سطح

بازده ، لازم است وزن و حجم مبدلها به ازای هر واحد انرژی الکتریکی حاصل از سیستم تا

حد ممکن کاهش یابد. به همین ترتیب ، هزینه ساخت مبدلها نیز باید پایین نگاه داشته شود

تا گران بودن این فناوری مانع از تولید انبوه خودرو نشود.

دومین مشکل مهم در این زمینه میزان خلوص هیدروژن تولید شده از مبدلها است.

آلاینده‌هایی همچون مونوکسید کربن (و در بعضی از انواع سوخت ، سولفیدها) از محصولات

فرعی فرآیند تبدیل هستند. در این میان ، مقدار زیاد مونوکسید کربن می‌تواند موجب سمی

شدن کاتالیست پیل سوختی شود. از این رو لازم است قبل از ورود سوخت به درون پیل

سوختی ، مونوکسید کربن آن حذف شود. اگر چه انواع مختلفی از مبدلهای سوخت وجود

دارند که اغلب از ترکیب فناوریهای مختلف حاصل گردیده‌اند، اما انواع اصلی مبدلهایی که

در زمینه متداول هستند عبارتند از:

1. مبدلهای با سیستم بخار (Steam Reformer)
2. مبدلهای اکسیداسیون جزئی (Partial Oxidation Reformer)
3. مبدلهای اتو ترمال (Auto thermal Reformer)
   

اصول اولیه عملکرد هر یک از این فناوریها و فرآیندهای شیمیایی مربوط به آنها بطور مجزا به

قرار ذیل می‌باشد:





مبدل با سیستم بخار


فرآیند تبدیل به کمک بخار یک فرآیند دو مرحله‌ای به صورت زیر است: در واکنش اول از اکسیژن

موجود در بخار آب داغ (معمولا بیش از 500 درجه سانتیگراد) برای جدا سازی کربن از هیدروژن

و تولید مولکولهای هیدروژن و اکسیدهای کربن استفاده می‌شود.

همزمان با این واکنش (بسته به دمای بخار) ، در واکنش دوم مونوکسید کربن به دی اکسید

کربن تبدیل شده و بدین ترتیب هیدروژن بیشتری آزاد می‌شود. مرحله تصفیه گاز خروجی از

مبدل سیستم بخار بسیار اهمیت دارد، چرا که معمولا گاز خروجی از مبدلها خالص و عاری

از مواد زائد نبوده و نمی‌توان آن را مستقیما به عنوان سوخت به درون پیل سوختی فرستاد.

این ناخالصیها عبارتند از:

مونوکسید کربن و دی اکسید کربن ناشی از واکنشهای درون مبدل، باقیمانده سوخت (مانند

متانول یا بنزین) ، اکسیدهای نیتروژن ، اکسیدهای سولفور ، و ترکیبات آلی فرار که همه

این ناخالصیها در حقیقت از سوخت اولیه ناشی می‌شوند. از این رو ضروری است که جدا

سازی این ناخالصیها از گاز خروجی نهایی مبدل ، صورت پذیرد. بویژه در مورد جدا سازی

مونوکسید کربن که سطح استاندارد برای پیلهای سوختی که در دمای پایین کار می‌کنند،

کمتر از 10 ppm در نظر گرفته شده است تا بدین ترتیب از سمی شدن کاتالیست موجود

در پیل سوختی بخصوص پیل سوختی پلیمری جلوگیری به عمل آید.

یک پیل سوختی جهت تولید انرژی با بازدهی بهینه ، نیاز به تغذیه مداوم سوخت و اکسید

کننده ، خروج آب تولیدی از واکنش الکتروشیمیایی درون پیل ، مرطوب نگهداری غشاء

توسط مرطوب نگه داشتن گازهای ورودی ، کنترل درجه حرارت و فشار دارد. تجهیزات و

امکانات جانبی که این شرایط بهینه را برای پیل سوختی فراهم می‌آورند، سیستم پیل

سوختی نام دارند. یک سیستم پیل سوختی را بطور کلی می‌توان به اجزای اصلی زیر



تقسیم کرد:

سیستم سوخت رسان که شامل مبدل سوخت و یا سیستم ذخیره هیدروژن می‌باشد.

سیستم تأمین هوا یا اکسید کننده که اکسیژن مورد نیاز پیل سوختی را فراهم می آورد.


سیستم مدیریت آب و حرارت که شامل سیستم مرطوب کننده گازهای ورودی ، سیستم

خنک کننده ، سیستم و یا شیرهای کنترل فشار و نماگرها است.


الکترونیک – قدرت (Power Electronic) که مربوط به فصل مشترک بین پیل سوختی و مصرف

کننده برق جهت تبدیل جریان و ولتاژ برق به ولتاژ و جریان مناسب می باشد.


سیستم کنترل الکترونیکی که کنترل دما ، فشار ، برق خروجی از پیل ، شارژ باتریهای ذخیره،

هماهنگی بین سیستم سوخت رسان و پیل سوختی و بخش Power Electronic را بر عهده

دارد.

 

[S H i M A]

دانلود پاورپوینت پیل سوختی


شامل :

- توضیح و تفسیر انواع پیل سوختی:

1.پيل سوختي قليايي


2.پيل سوختي اسيدفسفريک


3.پيل سوختي کربنات مذاب


4.پيل سوختي اکسيد جامد


5.پيل سوختي پليمري


6.پيل سوختي متانولي



- معایب و مزایا

- ...


دریافت

 

[mohyss]

نیاز ضروری به یک مقاله یا پروژه فارسی

نیاز ضروری به یک مقاله یا پروژه فارسی

سلام بر دوستان عزیز. یک مقاله یا پروژه فارسی راجع به روشهای کنترل پیل های سوختی میخواستم. اگه لطف کنید ممنون میشم. لطفا فایلش doc باشه تا بتونم گلچین کنم ازش. ممنون

 

[rezaiparsa9]

این فایلی که اینجاس اسم نداره؟! بخوایم رفرنس بدیم چی بنویسیم؟

 

[sirvan51]

سلام دوستان
پروژه پایانی من در مورد معادلات حاکم بر پیل سوختی اکسید جامد هستش تقریبا نصفشو تموم کردم ولی مشکلم اینه اگه یه پایان نامه تو این زمینه پیدا میکردم و مطالعه میکردم خیلی بهتر بودو کارمو خوب تر انجام میدادم.به هر در زدم نتونستم یه پایان نامه گیر بیارم اگه کسی بتونه تو این زمینه کمکم کنه ممنون میشم.اگه تو زمینه اکسید جامد مطلبی هم بزارید بازم ممنون میشم.
با تشکر

 

[mehdi.chem]

سلام دوستان
پروژه پایانی من در مورد معادلات حاکم بر پیل سوختی اکسید جامد هستش تقریبا نصفشو تموم کردم ولی مشکلم اینه اگه یه پایان نامه تو این زمینه پیدا میکردم و مطالعه میکردم خیلی بهتر بودو کارمو خوب تر انجام میدادم.به هر در زدم نتونستم یه پایان نامه گیر بیارم اگه کسی بتونه تو این زمینه کمکم کنه ممنون میشم.اگه تو زمینه اکسید جامد مطلبی هم بزارید بازم ممنون میشم.
با تشکر

سلام.
پایان نامه های فارسی رو نمیتونی از نت بگیری، و باید به دانشگاه ها یا کتابخانه ملی مراجعه کنی مگه اینکه طرف خودش بذاره تو نت، اما میتونی از پایان نامه های خارجی استفاده کنی که فراوون تر هم هست، میتونی بری توی این سایت http://freefullpdf.com، تو قسمت سرچش فقط thesis رو فعال کنی و کیورد مورد نظرت رو سرچ کنی و برات کلی پایانامه میاره.