تبلیغات
انجمن علمی گروه مهندسی برق (کنترل) دانشگاه گلستان - پیل سوختی
انجمن علمی گروه مهندسی برق (کنترل) دانشگاه گلستان

آرشیو موضوعی

آرشیو

لینکستان

← آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

پیل سوختی

شناخت كلی پیل‌سوختی
پیل‌‌سوختی نوعی پیل الكتروشیمیایی است كه انرژی شیمیایی حاصل از واكنش را مستقیماً به انرژی الكتریكی تبدیل می‌کند. سازه و بدنه اصلی پیل‌سوختی از الكترولیت، الكترود آند و الكترود كاتد تشكیل شده است. نمای كلی یك پیل‌سوختی به همراه گازهای واكنش دهنده و تولید شده و مسیر حركت یونها در شكل های زیر ارائه شده است.

پیل سوختی یك دستگاه تبدیل انرژی است كه به لحاظ نظری تا زمانی كه ماده اكسید كننده و سوخت در الكترودهای آن تأمین شود قابلیت تولید انرژی الكتریكی را دارد. البته در عمل استهلاك، خوردگی و بد عمل كردن اجزای تشكیل دهنده، طول عمر پیل‌سوختی را كاهش می‌دهد.

در یك پیل‌سوختی، سوخت‌ به طور پیوسته به الكترود آند و اکسیژن به الكترود کاتد تزریق می‌شود و واكنش‌های الكتروشیمیایی در الكترودها انجام شده و با ایجاد پتانسیل الکتریکی جریان الكتریكی برقرار می‌گردد. اگرچه پیل‌سوختی اجزاء و ویژگیهای مشابه یک باتری را دارد اما از بسیاری جهات با آن متفاوت است. باتری یك وسیله ذخیره انرژی است و بیشترین انرژی قابل استحصال از آن به وسیله میزان ماده شیمیایی واكنش دهنده كه در خود باتری ذخیره شده است (عموماً در الکترودها) تعیین می‌شود. چنانچه ماده واكنش دهنده در باتری كاملاً مصرف شود، تولید انرژی الكتریكی متوقف خواهد شد (باتری تخلیه می‌شود). در باتری های نسل دوم ماده واكنش دهنده با شارژ مجدد، دوباره احیا می‌شود كه این عمل مستلزم تأمین انرژی از یك منبع خارجی است. در این حالت نیز انرژی الكتریكی ذخیره شده در باتری محدود و وابسته به میزان ماده واكنش دهنده در آن خواهد بود.

گاز‌ اکسید کننده نظیر هوا یا اکسیژن خالص در الکترود کاتد که با صفحه الکترولیت در تماس است جریان پیدا می‌‌کند و با اكسیداسیون الكتروشیمیایی سوخت كه معمولاً هیدروژن است و با احیاء اكسید كننده انرژی شیمیایی گازهای واکنش‌گر به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

از نظر تئوری، هر ماده‌ای كه به صورت شیمیایی قابل اكسید شدن باشد و بتوان آن را به صورت پیوسته (به صورت سیال) به پیل‌سوختی تزریق كرد، می‌تواند به عنوان سوخت در الكترود آند پیل‌سوختی مورد استفاده قرار گیرد. به طور مشابه ماده اكسید كننده سیالی است كه بتواند با نرخ منا‌‌سبی احیا شود.

گاز هیدروژن به دلیل تمایل واكنش دهندگی بالا به همراه چگالی انرژی بالا به عنوان سوخت ایده‌آل در پیل‌سوختی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هیدروژن را می‌توان از تبدیل هیدروكربن‌ها از طریق واكنش ‌كاتالیستی، تولید و به صورتهای گوناگون ذخیره سازی‌كرد. اكسیژن مورد نیاز در پیل‌سوختی به طور مستقیم از هوا تهیه می‌شود. بر روی سطح الکترودهای آند و کاتد پیل‌سوختی واکنش اکسیداسیون و احیاء در ناحیه سه فازی (و در صورت جامد بودن الکترولیت دو فازی) نزدیک سطح مشترک واكنش دهنده‌ها، كاتالیست و الكترولیت صورت می‌گیرد. این ناحیه سه فازی نقش مهمی در عملكرد الكتروشیمیایی پیل‌سوختی به ویژه پیل‌های‌سوختی با الكترولیت مایع دارد. در اینگونه پیل‌های‌سوختی، گازهای واكنش دهنده از میان یك لایه نازك از الكترولیت كه سطح الكترودهای متخلخل را پوشانده است عبور كرده و واكنش الكتروشیمیایی مناسب روی سطح الكترود مربوطه انجام می‌شود. چنانچه الكترود متخلخل حاوی مقادیر بیش از حد الكترولیت باشد الكترود در اصطلاح غرق (flood) شده و به این ترتیب انتقال واکنشگرهای گازی محلول در الكترولیت به مکان‌های واكنش محدود می‌شود. در نتیجه عملكرد الكتروشیمیایی الكترود متخلخل تضعیف می‌شود لذا ضروری است كه در ساختار الكترودهای متخلخل یك تعادل مناسب بین الكترود، الكترولیت و فاز گازی ایجاد شود.

تلاش‌های اخیر جهت بهبود عملكرد واکنش الكترو‌شیمیایی، کاهش هزینه‌های تولید، كاهش ضخامت اجزای پیل‌سوختی و در عین حال اصلاح و بهبود ساختار الكترودها و فاز الكترولیت متمرکز شده است. الكترولیت با هدایت یون‌ها بین الكترودها سبب تكمیل مدار الكتریكی پیل‌سوختی می‌شود. الکترولیت یك مانع فیزیكی بین سوخت و گاز اكسیژن ایجاد می‌كند و مانع اختلاط مستقیم آنها می‌شود. وظیفه صفحات الكترود متخلخل در پیل‌سوختی شامل موارد زیر است:

1ـ ایجاد یك سطح فعال و مناسب كه واكنش های الكتروشیمیایی روی این سطوح انجام می‌شود.

2ـ هدایت یونهای حاصل از واكنش به داخل یا خارج از ناحیه تبادل سه فازی و انتقال الکترون‌های تولیدی به مدار خارجی (الكترودها باید هدایت الكتریكی خوبی داشته باشد).

برای افزایش سطح تماس واكنش دهنده‌ها با کاتالیست لازم است كه ساختار الكترود، متخلخل بوده و میزان سطح در دسترس و پوشش داده شده توسط كاتالیست نسبت به حجم الکترود زیاد باشد. ساختار متخلخل، دسترسی راحت اجزاء واکنش دهنده به مراکز فعال را میسر می‌سازد.

نرخ واكنش‌های الکتروشیمی با افزایش دما افزایش پیدا می‌كند، لذا خاصیت كاتالیزوری ‌الكترودها در پیل‌های‌سوختی دما پایین از اهمیت بیشتری در مقایسه با پیل‌سوختی دما بالا برخوردار است. الكترودهای متخلخل باید در هر ‌دو طرف تماس با الكترولیت و گازهای واکنش‌دهنده، نفوذ‌پذیر باشند تا حدی كه توسط الكترولیت اشباع نشده و بوسیله گازهای واکنش دهنده خشك نشوند.     

درباره وبلاگ

مدیر وبلاگ : محسن عباسیان

آخرین پست ها

جستجو

نظرسنجی

  • نظر سنجی اساتید .... بهترین استاد یا استادان رشته برق از نظر شما چه کسی یا کسانی می باشند ؟ به دلیل اجازه نداشتن بیشتر از 10 گزینه در 2 نظر سنجی این مطلب را گنجاندیم











نویسندگان