سیستم همکاری در فروش سپیده

پیل سوختی وسیله ای است که با استفاده از یک واکنش شیمیایی، برق تولید می کند. هر پیل سوختی دو الکترود دارد، یکی مثبت و دیگری منفی که به ترتیب کاتد و آند نامیده می شوند. واکنش هایی که برق تولید می کنند در الکترودها رخ می دهند. هر پیل سوختی همچنین دارای یک الکترولیت است که ذرات شارژ شده الکتریکی را از یک الکترود به الکترود دیگر می برد و کاتالیزور که سرعت واکنش در الکترودهاراافزایش می دهد. هیدروژن سوخت پایه است، اما پیل های سوختی به اکسیژن هم نیاز دارند. یکی از جاذبه های پیلهای سوختی این است که با ایجاد آلودگی ناچیز برق تولید می کنند. بیشتر هیدروژن و اکسیژنی که در تولید برق به کار می روند نهایتاً باعث ایجاد محصولی جانبی به نام آب می شوند. یک پیل سوختی تنها مقدار بسیار کمی جریان مستقیم تولید می کند. در عمل، تعداد زیادی از پیل های سوختی با هم به صورت یک توده در می آیند. پیل یا توده، دارای اصولی یکسان هستند.

     هدف از ایجاد پیل سوختی تولید جریان الکتریکی است که بتوان آن را از پیل خارج کرد و مورد استفاده قرار داد. نظیر روشن کردن یک موتور الکتریکی یا روشن کردن یک لامپ یا شهر.رفتاری که جریان الکتریسیته دارد، به پیل سوختی بر می گردد و یک مدار کامل الکتریکی را تشکیل می دهد. واکنش های شیمیایی که در این جریان به وجود می آیند کلید درک طریقه کارکردن پیل ها است. چند نوع پیل سوختی وجود دارد و هر کدام متفاوت عمل می کنند. اما در مجموع اتم های هیدروژن به قسمت آند پیل وارد می شوند، یعنی در جایی که یک واکنش شیمیایی،الکترون های آنها را آزاد می کند. اتم های هیدروژن یونیزه شده و بارالکتریکی مثبت دارند. الکترون ها با بار منفی، جریان در سیم ها را برای کار فراهم می کنند. اگر جریان متغیر مورد نیاز باشد، خروجی DC پیل سوختی باید مجهز به ابزار تبدیل جریان به نام “مبدل” باشد. اکسیژن وارد پیل سوختی در کاتد می شود و در بعضی از انواع پیل ها، اکسیژن با الکترون های بازگشتی از جریان الکتریسیته ترکیب شده و یون های هیدروژن از طریق الکترولیت به سمت آند رفته و در آنجا با یون های هیدروژن ترکیب می شوند. الکترولیت نقشی کلیدی را ایفا می کند، طوری که باید فقط به یون های مناسب اجازه انتقال بین کاتد و آند را بدهد. اگر الکترون های آزاد یا دیگر مواد بتوانند در سطح الکترولیت جاری شوند، عمل واکنش را منقطع می کنند. اگر هیدروژن و اکسیژن در سطح کاتد یا آند ترکیب شوند، آب پدید می آید که از پیل خارج می شود. تا زمانی که اکسیژن و هیدروژن یک پیل تأمین شود، پیل قابلیت تولید برق را داراست. تا زمانی که پیل ها برق را به صورت شیمیایی تولید می کنند (به جای احتراق) قوانین ترمودینامیک که فعالیت های نیروگاه ها را محدود می کند شامل آنها نمی شود، بنابراین پیل های سوختی در استخراج انرژی از یک سوخت، بازدهی بیشتری دارند. گرمای تلف شده بعضی از پیل ها قابل مهار شدن است و بازدهی سیستم های آن روز به روز افزايش مي يابد.

     کاربرد پایه ای یک پیل سوختی در توضیح سخت به نظر نمی رسد، اما ساخت پیل های ارزان، پر بازده و مطمئن هنوز یک تجارت پیچیده است. دانشمندان و مخترعان اشکال و اندازه های متفاوتی از پیل ها را به منظور بازدهی بیشتر طراحی کرده اند که جزئیات فنی هر کدام متفاوت است. بسیار از گزینه هایی که توسعه دهندگان این پیل ها با آن روبرو می شوند به نوع الکترولیت وابسته است. برای مثال طراحی الکترودها و مواد مورد استفاده در آنها به نوع الکترولیت ها بستگی دارد. امروزه، اصلی ترین الکترولیت ها عبارتند از آلکالی، کربنات مذاب، اسید فسفریک، تبادل پرتون لایه ای (PEM) و اکسید جامد. سه نوع اول مایع و دوتای آخر جامد هستند. همچنین نوع سوخت نیز بستگی به نوع الکترولیت دارد. بعضی از پیل ها به هیدروژن خالص نیاز دارند و بنابراین تجهیزات فوق العاده ای مثل بهساز را می طلبند تا سوخت را خالص گردانند. سایر پیل ها می توانند مقداری ناخالصی را تحمل کنند، اما ممکن است برای بازدهی بیشتر به دمای بالا احتیاج داشته باشند. الکترولیت های مایع باید در بعضی پیل ها به صورت چرخه ای کار کنند که بدین منظور باید از پمپ استفاده گردد. همچنین نوع الکترولیت مشخص کننده دمای عملکردی پیل است. برای مثال، پیل کربنات گداخته همان طور که از نامش پیدا است به صورت داغ عمل می کند. هرکدام از پیل ها در مقایسه با انواع دیگر دارای زیان هایی هستند، اما هنوز هم هیچ کدام ارزان و کافی نیستند تا اینکه جایگزین راه های سنتی برای تولید برق، سوزاندن زغال سنگ، هیدرو الکتریک یا حتی نیروگاه های هسته ای بشون

1     2 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 گروبرمي‌گردد. او اولين پيل‌سوختي را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس ودرحضور کاتالیست پلاتین ساخت.

واژه “پيل‌سوختي” در سال 1889 توسط لودويک مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها نوعي پيل‌سوختي که هوا و سوخت زغال‌سنگ را مصرف مي‌کرد، ساختند. تلاش‌هاي متعددي در اوايل قرن بيستم درجهت 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 مندولنجراصلاحات 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 راادامه داد تا توانست يك پيل‌سوختي كامل وكاراارائه نمايد.بيكون درسال 1959 پيل‌سوختي با توان5 كيلووات را توليد نمود كه مي‌توانست نيروي محركه يك دستگاه جوشكاري را تامين نمايد.

تحقيقات جديد در اين عرصه ازاوايل 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)وانرژي 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.

پرت و ويتني دو سازنده موتور هواپیما پيل‌سوختي قليايي بيكن را به منظور كاهش وزن و افزايش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضايي آپولو به كار بردند. در هر دو پروژه پيل‌سوختي بعنوان منبع انرژي الكتريكي براي فضاپيما استفاده شدند. اما در پروژه آپولو پيل‌هاي سوختي براي فضانوردان آب آشاميدني نيز توليد مي‌كرد. پس از کاربرد پيل‌هاي سوختي در اين پروژه‌ها، دولت‌ها و شركت‌ها به اين فن‌آوري جديد به عنوان منبع مناسبي براي تولید انرژي پاك در آينده توجه روزافزوني نشان دادند.

از سال 1970 فنآوري پيل‌سوختي براي سيستم‌هاي زميني توسعه يافت. تحريم نفتي از سال1973     1979 موجب تشديد تلاش دولتمردان امريكا و محققين در توسعه اين فن‌آوري به جهت قطع وابستگي به واردات نفتي گشت.

در طول دهه 80 تلاش محققين بر تهيه مواد مورد نياز، انتخاب سوخت مناسب و كاهش هزينه استوار بود. همچنين اولين محصول تجاري جهت تامين نيرو محركه خودرو در سال1993 توسط شركت بلارد ارائه شد

1     3 انواع پیل سوختی

    1     3     1  پیل سوختی هیدرید فلز

     پیل‌های سوختی هیدرید فلز نوعی از پیل‌های سوختی آلکالین هستند که امروزه در فازهای تحقیقات و توسعه استفاده می‌شوند. یک ویژگی قابل توجه آنها، قابلیت پیوند شیمیایی و ذخیره هیدروژن در پیل است. این ویژگی در پیل‌های سوختی بروهیدریدی نیز وجود دارد، اگرچه MHFC آن با هیدروژن خالص مجدداً سوخت‌گیری می‌شود. تصور می‌شود که ویژگی‌های جذب هیدریدهای فلز حدود 2 درصد کمتر از بروهیدریدهای سدیم و سایر هیدریدهای فلزی سبک حدود 8/10 درصد باشد، برای نمونه تعدادی از ویژگی‌های جالب توجه آنها ارائه می‌گردد:                                                                                                             

•قابلیت شارژ مجدد برای انرژی برق )مشابه باتري هاي  NIMH)

• دارای دماهای عملکردی پایین

• جنبش سریع پیل‌های سوختی هیدرید فلز اخیراً توسط ECD Ovonics و همچنین مؤسسه

ملی تکنولوژی پیشرفته و علوم صنعتی ژاپن مورد بررسی و آزمایش قرار گرفته‌اند. تصور می‌شود که دو روش MHCF برای کاتالیزورهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین، در پروژه‌های تحقیقاتی یک مدل قابل ارائه خارج از لابراتوار تولید نشده است و هنوز برای غلبه بر موانع هیچ مدلی ارائه نگردیده است.

 1     3     2 پیل‌سوختی الکتروگالوانیزه 

پیل سوختی الکتروگالوانیزه، یک دستگاه الکتریکی است که برای اندازه‌گیری غلظت گاز اکسیژن در غواصی و تجهیزات پزشکی بکار می‌رود. در این پیل سوختی، هنگامی که هیدروکسید پتاسیم در پیل با اکسیژن اتصال برقرار می‌کند، یک واکنش شیمیایی انجام می‌شود. این امر باعث ایجاد جریان الکتریکی بین هادی آند و صفحه طلایی کاتد از طریق مقاومت باز می‌شود. ولتاژ تولید شده با غلظت اکسیژن موجود، متناسب است. این نوع از پیلها در تحلیل کننده‌های اکسیژن در غواصی تکنیکی بکار رفته و بیانگر تناسب اکسیژن در گاز Trimix و یا Nitrox قبل از غواصی هستند و همچنین در سیستم‌های اکسیژن مداربسته برای ارزیابی فشار جزئی اکسیژن در طول غواصی بکار می‌روند. پیل‌های سوختی الکتروگالوانیزه دارای طول عمر محدودی هستند که در غلظت بالای اکسیژن کاهش می‌یابد. واکنش بین اکسیژن و سرب در آند مصرف کننده سرب رخ می‌دهد که نتیجه آن غلظت بالای اکسیژن در پیل خواهد بود. یک پیل که برای کاربردهای غواصی بکار می‌رود اگر در یک بستۀ بدون درزِ هوا ذخیره شود دارای طول عمر سه ساله خواهد بود، اما اگر در اکسیژن خالص ذخیره شود فقط چهار ماه طول عمر خواهد داشت.