موتور سنتی احتراق داخلی(ICE) دارای تعدادی اشکالات قابل توجه است که باعث می شود دانشمندان به دنبال جایگزینی شایسته برای آن باشند. محبوب ترین گزینه برای چنین جایگزینی موتور الکتریکی است، اما این تنها گزینه ای نیست که می تواند با موتورهای احتراق داخلی رقابت کند. این مقاله بر روی موتور هیدروژنی تمرکز خواهد کرد که به درستی آینده صنعت خودرو در نظر گرفته می شود و می تواند مشکل آلاینده های مضر و هزینه بالای سوخت را حل کند.

داستان کوتاه

با وجود این واقعیت که حفظ محیط زیست تنها در حال حاضر به یک مشکل انبوه در مورد تغییر تبدیل شده است موتور استاندارداحتراق داخلی، دانشمندان قبلاً در مورد آن فکر کرده بودند. بنابراین، یک موتور هیدروژنی "جهان را دید" در سال 1806، که توسط مخترع فرانسوی فرانسوا آیزاک دی ریواز (او هیدروژن را با الکترولیز آب تولید کرد) تسهیل شد.

چندین دهه گذشت و در انگلستان اولین حق اختراع برای موتور هیدروژنی صادر شد (1841) و در سال 1852 دانشمندان آلمانی موتور احتراق داخلی را طراحی کردند که می توانست با مخلوط هوا و هیدروژن کار کند.

کمی بعد، در زمان محاصره لنینگراد، زمانی که بنزین یک محصول کمیاب بود و هیدروژن به مقدار کافی در دسترس بود، تکنسین بوریس شلیش استفاده از مخلوط هوا-هیدروژن را برای کارکرد بالن‌های رگبار پیشنهاد کرد. پس از آن، تمام موتورهای احتراق داخلی وینچ های بالونی به نیروی هیدروژنی منتقل شدند و تعداد کل ماشین های هیدروژنی به 600 دستگاه رسید.

در نیمه اول قرن بیستم، علاقه عمومی به موتورهای هیدروژنی زیاد نبود، اما با ظهور بحران سوخت و انرژی در دهه 1970، وضعیت به طرز چشمگیری تغییر کرد. به ویژه در سال 1879م شرکت BMWاولین خودرویی را منتشر کرد که کاملاً با موفقیت روی هیدروژن کار کرد (بدون انفجار و خروج بخار آب از لوله اگزوز).

به دنبال BMW، دیگران شروع به کار در این مسیر کردند خودروسازان بزرگو در پایان قرن گذشته، تقریباً همه شرکت‌های خودروسازی که به خود احترام می‌گذارند، مفهوم توسعه یک خودروی هیدروژنی را داشتند. با این حال، با پایان بحران نفت، علاقه عمومی به منابع سوخت جایگزین نیز ناپدید شده است، اگرچه در زمان ما دوباره شروع به بیدار شدن می کند، که توسط محیط بانان مبارزه برای کاهش سمیت تحریک می شود. گازهای خروجیماشین ها.

علاوه بر این، قیمت انرژی و تمایل به کسب استقلال سوخت تنها به تحقیقات نظری و عملی توسط دانشمندان بسیاری از کشورهای جهان کمک می کند. فعال ترین شرکت ها BMW، جنرال موتورز، موتور هوندا، فورد موتور.

حقیقت جالب! هیدروژن رایج ترین عنصر در جهان است، اما یافتن آن به شکل خالص آن در سیاره ما بسیار دشوار خواهد بود.

اصل عملکرد و انواع موتور هیدروژنی

تفاوت اصلی بین یک کارخانه هیدروژن و موتورهای سنتی، روش تامین مایع سوخت و احتراق متعاقب آن مخلوط کاری است. در عین حال، اصل تبدیل حرکات رفت و برگشتی مکانیسم میل لنگ به کار مفید بدون تغییر باقی می ماند. با توجه به اینکه احتراق سوخت نفت به کندی اتفاق می افتد، مخلوط سوخت و هوامحفظه احتراق را قبل از اینکه پیستون به اوج خود برسد پر می کند موقعیت برتر(به اصطلاح تاپ مرده).

واکنش سریع هیدروژن باعث می شود تا زمان تزریق به لحظه ای نزدیک شود که پیستون شروع به بازگشت به نقطه مرده پایین می کند. لازم به ذکر است که فشار در سیستم سوخت رسانی الزاما زیاد نخواهد بود.

اگر شرایط عملیاتی ایده آل برای یک موتور هیدروژنی ایجاد شود، زمانی که فرآیند تشکیل مخلوط بدون مشارکت جریان هوای اتمسفر انجام می شود، می تواند یک سیستم تامین سوخت نوع بسته داشته باشد. در این حالت، پس از ضربه فشرده سازی، بخار آب در محفظه احتراق باقی می ماند که با عبور از رادیاتور، متراکم شده و دوباره به آب معمولی تبدیل می شود.

اما استفاده از این نوع دستگاه تنها زمانی امکان پذیر است که وسیله نقلیه دارای الکترولیزر باشد که هیدروژن را از آب برای واکنش مجدد با اکسیژن جدا می کند. در حال حاضر دستیابی به چنین نتایجی بسیار دشوار است. برای عملکرد پایدار موتورها از آن استفاده می شود و تبخیر آن بخشی از گازهای خروجی است.

بنابراین راه اندازی بدون مشکل نیروگاه و عملکرد پایدار آن بر روی گازهای انفجاری بدون استفاده از هوای جوی همچنان کاری غیر ممکن است. دو گزینه برای کارخانه های هیدروژن خودرو وجود دارد:واحدهایی که بر اساس پیل های سوختی هیدروژنی و موتورهای احتراق داخلی هیدروژنی کار می کنند.

نیروگاه های مبتنی بر پیل های سوختی هیدروژنی

اصل عملکرد پیل های سوختی بر اساس واکنش های فیزیکی و شیمیایی است. در واقع، اینها همان باتری های سربی هستند، این فقط ضریب است اقدام مفیدپیل سوختی کمی بالاتر از باتری است و حدود 45٪ (گاهی اوقات بیشتر) است.

یک غشاء (فقط رسانای پروتون) در بدنه پیل سوختی هیدروژن-اکسیژن قرار می گیرد و محفظه را با آند و محفظه را با کاتد جدا می کند. هیدروژن وارد محفظه آند و اکسیژن وارد محفظه کاتد می شود. هر الکترود از قبل با یک لایه کاتالیزور که اغلب پلاتین است پوشیده شده است. هنگامی که در معرض آن قرار می گیرد، هیدروژن مولکولی شروع به از دست دادن الکترون می کند.

در همان زمان، پروتون ها از طریق غشاء به کاتد می گذرند و تحت تأثیر همان کاتالیزور، با الکترون هایی که از خارج می آیند ترکیب می شوند. در نتیجه واکنش، آب تشکیل می شود و الکترون های محفظه آند به مدار الکتریکی متصل به موتور حرکت می کنند. به عبارت ساده، ما دریافت می کنیم برقکه موتور را نیرو می دهد.

موتورهای هیدروژنی مبتنی بر پیل سوختی در حال حاضر در خودروهای نیوا مجهز به نیروگاه Antel-1 و خودروهای Lada 111 با واحد Antel-2 که توسط مهندسان Ural ساخته شده اند، استفاده می شود.در مورد اول، یک بار شارژ برای 200 کیلومتر کافی است، و در مورد دوم - برای 350 کیلومتر.

لازم به ذکر است که با توجه به هزینه بالای فلزات (پالادیوم و پلاتین) موجود در طراحی اینگونه موتورهای هیدروژنی، چنین نصبی بسیار گران است که قیمت خودرویی را که روی آن نصب می شود به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

میدونی؟متخصصین تویوتا 20 سال پیش کار با فناوری پیل سوختی را آغاز کرد. در همان زمان، پروژه خودروهای هیبریدی پریوس نیز آغاز شد.

موتورهای احتراق داخلی هیدروژنی

این نوع نیروگاه بسیار شبیه به موتورهای پروپان رایج امروزی است، بنابراین برای تغییر از سوخت پروپان به سوخت هیدروژنی، کافی است موتور را دوباره پیکربندی کنید. در حال حاضر نمونه های زیادی از چنین انتقالی وجود دارد، اما باید گفت که در این حالت راندمان تا حدودی کمتر از استفاده از سلول های سوختی خواهد بود. در عین حال برای بدست آوردن 1 کیلووات انرژی هیدروژن به انرژی هیدروژن کمتری نیاز است که این عیب را به طور کامل جبران می کند.

استفاده از این ماده در موتورهای احتراق داخلی معمولی مشکلات زیادی را به همراه خواهد داشت. اولا، دمای تراکم بالا باعث واکنش هیدروژن با قطعات فلزی موتور یا حتی می شود. روغن موتور. دوما، حتی یک نشت کوچک در تماس با گرم منیفولد اگزوزقطعا باعث آتش سوزی خواهد شد

به همین دلیل، برای ایجاد ساختارهای هیدروژنی فقط از واحدهای قدرت چرخشی استفاده می شود، زیرا طراحی آنها خطر آتش سوزی را به دلیل فاصله بین منیفولدهای ورودی و خروجی کاهش می دهد. در هر صورت، تمام مشکلات تاکنون برطرف شده است، که این امکان را فراهم می کند که هیدروژن را به عنوان یک سوخت نسبتا امیدوار کننده در نظر بگیریم.

یک مثال خوب از یک وسیله نقلیه هیدروژنی می تواند یک نمونه آزمایشی باشد بی ام و سدان 750hL که مفهوم آن در اوایل دهه 2000 معرفی شد.این خودرو مجهز به یک موتور دوازده سیلندر است که با سوخت موشک کار می کند و به شما امکان می دهد سرعت خودرو را تا 140 کیلومتر در ساعت افزایش دهید. هیدروژن به صورت مایع در یک مخزن مخصوص ذخیره می شود و یک منبع برای 300 کیلومتر کافی است. اگر به طور کامل مصرف شود، سیستم به طور خودکار به برق بنزین تبدیل می شود.

موتور هیدروژنی در بازار امروز

تحقیقات اخیر دانشمندان در زمینه کارکرد موتورهای هیدروژنی نشان داده است که نه تنها آنها بسیار دوستدار محیط زیست هستند (مانند موتورهای الکتریکی)، بلکه از نظر عملکرد نیز می توانند بسیار کارآمد باشند. علاوه بر این، توسط شاخص های فنینیروگاه های هیدروژنی از همتایان برقی خود بهتر عمل می کنند که قبلاً ثابت شده است (مثلاً هوندا کلاریتی).

همچنین لازم به ذکر است که برخلاف سیستم‌های تسلا پاوروال، آنالوگ‌های هیدروژن یک اشکال قابل توجه دارند: دیگر امکان شارژ باتری با استفاده از انرژی خورشیدی وجود نخواهد داشت، اما در عوض باید به دنبال یک پمپ بنزین ویژه باشید که امروزه، حتی در مقیاس جهانی، تعداد زیادی از آنها وجود ندارد.

اکنون هوندا کلاریتی در یک دسته نسبتاً محدود عرضه می شود و شما می توانید مانند اروپا و آمریکا فقط در سرزمین طلوع خورشید خودرو بخرید. وسیله نقلیهتنها در پایان سال 2016 ظاهر می شود.

جالب است بدانید!ژنراتور Power Exporter 9000 (ممکن است بخشی از ست کامل هوندا Clarity) قادر است تقریباً یک هفته تمام برق تمام لوازم خانگی را تامین کند.

همچنین در زمان ما، خودروهای دیگری با استفاده از سوخت هیدروژنی در حال تولید هستند. اینها شامل مزدا RX-8 هیدروژن و BMW هیدروژن 7 (هیبریدهایی که با هیدروژن مایع و بنزین کار می کنند) و همچنین اتوبوس های فورد E-450 و MAN می باشد. شهر شیراتوبوس.

در میان ماشین هابرجسته ترین نمایندگان وسایل نقلیه هیدروژنی امروزه اتومبیل ها هستند مرسدس بنز GLCسلول F(امکان شارژ مجدد از شبکه خانگی معمولی وجود دارد و کل ذخیره برق حدود 500 کیلومتر است) تویوتا میرای(فقط روی هیدروژن کار می کند و یک بار سوخت گیری باید برای 650 کیلومتر سفر کافی باشد) و هوندا FCX کلاریتی(ذخایر توان اعلام شده به 700 کیلومتر می رسد). اما این همه ماجرا نیست، زیرا خودروهای هیدروژنی توسط شرکت های دیگری مانند هیوندای (Tucson FCEV) نیز تولید می شوند.

مزایا و معایب موتورهای هیدروژنی

با تمام مزایایی که دارد، نمی توان گفت که انتقال هیدروژن فاقد معایب خاصی است. به ویژه، باید درک کرد که شکل قابل احتراق هیدروژن در دمای اتاق و فشار معمولی به شکل گاز است که باعث ایجاد مشکلات خاصی در ذخیره و حمل و نقل چنین سوختی می شود. یعنی وجود دارد مشکل جدیطراحی مخازن ایمن برای هیدروژن مورد استفاده به عنوان سوخت خودروها

به علاوه سیلندرهای حاوی این ماده نیاز به بازرسی و گواهی دوره ای دارند که تنها توسط افراد واجد شرایط و دارای مجوز قابل انجام است.همچنین به این مشکلات باید هزینه بالای نگهداری موتور هیدروژنی را نیز اضافه کرد، البته تعداد بسیار محدودی از پمپ بنزین ها(حداقل در کشور ما).

فراموش نکنید که کارخانه هیدروژن باعث افزایش وزن خودرو می شود که ممکن است باعث شود آنطور که شما می خواهید مانور پذیر نباشد. بنابراین، با توجه به همه موارد فوق، با دقت فکر کنید: آیا ارزش خرید یک وسیله نقلیه هیدروژنی را دارد یا بهتر است فعلاً با آن صبر کنید.

با این حال، باید گفت که مزایای بسیاری در چنین راه حلی وجود دارد. اولا، خودروی شما محیط زیست را با مواد سمی آلوده نمی کند گازهای خروجی, دوماتولید انبوه هیدروژن می تواند به حل مشکل نوسان قیمت سوخت و اختلال در عرضه مایعات سوخت معمولی کمک کند.

علاوه بر این، شبکه‌های خط لوله متان قبلاً در بسیاری از کشورها ساخته شده‌اند و تطبیق آنها برای پمپاژ هیدروژن با تحویل بعدی به پمپ بنزین‌ها دشوار نیست. هیدروژن را می توان هم در مقیاس کوچک، یعنی در سطح محلی و هم به طور انبوه در شرکت های بزرگ و متمرکز تولید کرد. رشد تولید هیدروژن به عنوان یک انگیزه اضافی برای افزایش عرضه این ماده برای مقاصد داخلی (به عنوان مثال برای گرم کردن خانه ها و ادارات) عمل می کند.

در فیدهای ما مشترک شوید

مزایای پیل/پیل های سوختی

پیل/پیل سوختی وسیله ای است که به طور موثر جریان مستقیم و گرما را از سوخت غنی از هیدروژن از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی تولید می کند.

پیل سوختی شبیه باتری است که از طریق یک واکنش شیمیایی جریان مستقیم تولید می کند. پیل سوختی شامل یک آند، یک کاتد و یک الکترولیت است. با این حال، برخلاف باتری‌ها، پیل‌ها/پیل‌های سوختی نمی‌توانند انرژی الکتریکی را ذخیره کنند، تخلیه نمی‌شوند و برای شارژ مجدد نیازی به برق ندارند. پیل‌های سوختی/پیل‌های سوختی می‌توانند به طور مداوم الکتریسیته تولید کنند تا زمانی که منبع سوخت و هوا داشته باشند.

برخلاف سایر مولدهای برق مانند موتورهای احتراق داخلی یا توربین هایی که با گاز، زغال سنگ، نفت و غیره کار می کنند، پیل/پیل های سوختی سوخت نمی سوزانند. این به این معنی است که روتورهای نویز ندارند فشار بالا، صدای بلند اگزوز، لرزش. پیل های سوختی/ پیل های سوختی از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی بی صدا الکتریسیته تولید می کنند. یکی دیگر از ویژگی‌های پیل‌های سوختی این است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیماً به برق، گرما و آب تبدیل می‌کنند.

پیل های سوختی بسیار کارآمد هستند و مقادیر زیادی گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن، متان و اکسید نیتروژن تولید نمی کنند. تنها محصولاتی که در حین کار منتشر می شود، آب به صورت بخار و مقدار کمی دی اکسید کربن است که در صورت استفاده از هیدروژن خالص به عنوان سوخت، اصلاً تولید نمی شود. پیل‌های سوختی/پیل‌ها در مجموعه‌ها و سپس به ماژول‌های عملکردی جداگانه مونتاژ می‌شوند.

تاریخچه توسعه پیل سوختی/پیل

در دهه‌های 1950 و 1960، یکی از بزرگترین چالش‌ها برای پیل‌های سوختی ناشی از نیاز سازمان ملی هوانوردی و فضایی آمریکا (ناسا) به منابع انرژی برای مأموریت‌های فضایی طولانی مدت بود. سلول/سلول سوختی قلیایی ناسا از هیدروژن و اکسیژن به عنوان سوخت استفاده می کند و این دو را در یک واکنش الکتروشیمیایی ترکیب می کند. خروجی سه محصول جانبی واکنش مفید در پروازهای فضایی است - الکتریسیته برای تامین انرژی فضاپیما، آب برای سیستم های آشامیدنی و خنک کننده، و گرما برای گرم نگه داشتن فضانوردان.

کشف پیل های سوختی به اوایل قرن نوزدهم باز می گردد. اولین شواهد از تأثیر سلول های سوختی در سال 1838 به دست آمد.

در اواخر دهه 1930، کار بر روی سلول های سوختی قلیایی آغاز شد و تا سال 1939 سلولی با استفاده از الکترودهای نیکل اندود فشار بالا ساخته شد. در طول جنگ جهانی دوم، سلول‌های سوختی/پیل‌های سوختی برای زیردریایی‌های نیروی دریایی بریتانیا توسعه یافتند و در سال 1958 یک مجموعه سوخت متشکل از سلول‌ها/سلول‌های سوختی قلیایی با قطر بیش از 25 سانتی‌متر معرفی شد.

در دهه های 1950 و 1960 و همچنین در دهه 1980 که دنیای صنعتی کمبود نفت کوره را تجربه کرد، علاقه افزایش یافت. در همین دوره، کشورهای جهان نیز نگران معضل آلودگی هوا شدند و راهکارهایی را برای تولید برق دوستدار محیط زیست در نظر گرفتند. در حال حاضر، فناوری پیل سوختی/پیل سوختی در حال توسعه سریع است.

نحوه عملکرد پیل/پیل های سوختی

پیل‌های سوختی از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی مداوم با استفاده از الکترولیت، کاتد و آند، الکتریسیته و گرما تولید می‌کنند.

آند و کاتد توسط یک الکترولیت که پروتون ها را هدایت می کند از هم جدا می شوند. پس از ورود هیدروژن به آند و ورود اکسیژن به کاتد، یک واکنش شیمیایی آغاز می شود که در نتیجه جریان الکتریکی، گرما و آب ایجاد می شود.

در کاتالیزور آند، هیدروژن مولکولی تجزیه شده و الکترون ها را از دست می دهد. یون های هیدروژن (پروتون ها) از طریق الکترولیت به کاتد هدایت می شوند، در حالی که الکترون ها از طریق الکترولیت و از طریق یک مدار الکتریکی خارجی عبور داده می شوند و جریان مستقیمی را ایجاد می کنند که می تواند برای تغذیه تجهیزات استفاده شود. در کاتالیزور کاتدی، یک مولکول اکسیژن با یک الکترون (که از ارتباطات خارجی تامین می شود) و یک پروتون ورودی ترکیب می شود و آب را تشکیل می دهد که تنها محصول واکنش (به شکل بخار و / یا مایع) است.

در زیر واکنش مربوطه نشان داده شده است:

واکنش آند: 2H 2 => 4H + + 4e -
واکنش در کاتد: O 2 + 4H + + 4e - => 2H 2 O
واکنش عنصر عمومی: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

انواع و تنوع پیل/پیل های سوختی

مشابه وجود انواع مختلف موتورهای احتراق داخلی، انواع مختلفی از پیل سوختی وجود دارد - انتخاب نوع پیل سوختی مناسب به کاربرد آن بستگی دارد.

پیل های سوختی به دو دسته دمای بالا و دمای پایین تقسیم می شوند. پیل های سوختی دمای پایین به هیدروژن نسبتا خالص به عنوان سوخت نیاز دارند. این اغلب به این معنی است که برای تبدیل سوخت اولیه (مانند گاز طبیعی) به هیدروژن خالص، پردازش سوخت مورد نیاز است. این فرآیند انرژی بیشتری مصرف می کند و به تجهیزات خاصی نیاز دارد. سلول های سوختی با دمای بالا به این نیاز ندارند رویه اضافی، زیرا آنها می توانند "تبدیل داخلی" سوخت را در دماهای بالایعنی نیازی به سرمایه گذاری در زیرساخت های هیدروژنی نیست.

سلول های سوختی/پیل های روی کربنات مذاب (MCFC)

پیل‌های سوختی الکترولیت کربنات مذاب، پیل‌های سوختی با دمای بالا هستند. دمای عملیاتی بالا امکان استفاده مستقیم از گاز طبیعی بدون پردازنده سوخت و گاز سوختی با ارزش حرارتی پایین از سوخت های فرآیندی و سایر منابع را فراهم می کند.

عملکرد RCFC با سایر پیل های سوختی متفاوت است. این سلول ها از الکترولیت حاصل از مخلوط نمک های کربنات مذاب استفاده می کنند. در حال حاضر از دو نوع مخلوط استفاده می شود: کربنات لیتیوم و کربنات پتاسیم یا کربنات لیتیوم و کربنات سدیم. برای ذوب نمک های کربنات و دستیابی به درجه بالایی از تحرک یون ها در الکترولیت، سلول های سوختی با الکترولیت کربنات مذاب در دمای بالا (650 درجه سانتیگراد) کار می کنند. راندمان بین 60-80 درصد متغیر است.

هنگامی که تا دمای 650 درجه سانتیگراد گرم می شود، نمک ها به رسانایی برای یون های کربنات تبدیل می شوند (CO 3 2-). این یون ها از کاتد به آند عبور می کنند و در آنجا با هیدروژن ترکیب می شوند و آب، دی اکسید کربن و الکترون های آزاد را تشکیل می دهند. این الکترون ها از طریق یک مدار الکتریکی خارجی به کاتد فرستاده می شوند و جریان الکتریکی و گرما را به عنوان محصول جانبی تولید می کنند.

واکنش آند: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
واکنش در کاتد: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
واکنش عنصر عمومی: H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + CO 2 (کاتد) => H 2 O (g) + CO 2 (آند)

دمای عملیاتی بالای پیل های سوختی الکترولیت کربنات مذاب دارای مزایای خاصی است. در دماهای بالا، گاز طبیعی به صورت داخلی اصلاح می شود و نیاز به پردازنده سوخت را از بین می برد. علاوه بر این، از مزایای آن می توان به قابلیت استفاده از مصالح استاندارد ساختمانی مانند ورق فولادی ضد زنگ و کاتالیزور نیکل بر روی الکترودها اشاره کرد. گرمای هدر رفته را می توان برای تولید بخار فشار بالا برای کاربردهای مختلف صنعتی و تجاری استفاده کرد.

دمای واکنش بالا در الکترولیت نیز مزایای خود را دارد. استفاده از دماهای بالا برای رسیدن به شرایط عملیاتی بهینه زمان زیادی می برد و سیستم نسبت به تغییرات مصرف انرژی کندتر واکنش نشان می دهد. این ویژگی ها امکان استفاده از سیستم های پیل سوختی با الکترولیت کربنات مذاب را در شرایط توان ثابت می دهد. دمای بالا از آسیب دیدن پیل سوختی توسط مونوکسید کربن جلوگیری می کند.

پیل های سوختی کربنات مذاب برای استفاده در تاسیسات ثابت بزرگ مناسب هستند. نیروگاه های حرارتی با توان الکتریکی خروجی 3.0 مگاوات به صورت صنعتی تولید می شوند. نیروگاه هایی با توان خروجی تا 110 مگاوات در حال توسعه هستند.

پیل‌های سوختی/سلول‌های مبتنی بر اسید فسفریک (PFC)

پیل های سوختی مبتنی بر اسید فسفریک (ارتوفسفریک) اولین پیل های سوختی برای استفاده تجاری بودند.

سلول های سوختی مبتنی بر اسید فسفریک (ارتوفسفریک) از الکترولیت بر اساس استفاده می کنند اسید فسفریک(H 3 PO 4) با غلظت تا 100٪. رسانایی یونی اسید فسفریک پایین است دمای پایینبه همین دلیل، از این پیل‌های سوختی در دمای 150 تا 220 درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شود.

حامل بار در پیل های سوختی از این نوع هیدروژن (H+، پروتون) است. فرآیند مشابهی در سلول های سوختی غشای تبادل پروتون رخ می دهد که در آن هیدروژن عرضه شده به آند به پروتون ها و الکترون ها تقسیم می شود. پروتون ها از الکترولیت عبور می کنند و با اکسیژن هوا در کاتد ترکیب می شوند و آب را تشکیل می دهند. الکترون ها در امتداد یک مدار الکتریکی خارجی هدایت می شوند و جریان الکتریکی تولید می شود. در زیر واکنش هایی که الکتریسیته و گرما تولید می کنند آورده شده است.

واکنش در آند: 2H 2 => 4H + + 4e -
واکنش در کاتد: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2 H 2 O
واکنش عنصر عمومی: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

راندمان پیل های سوختی مبتنی بر اسید فسفریک (ارتوفسفریک) در هنگام تولید انرژی الکتریکی بیش از 40 درصد است. در تولید ترکیبی گرما و برق، راندمان کلی حدود 85 درصد است. علاوه بر این، با توجه به دمای عملیاتی، گرمای هدر رفته را می توان برای گرم کردن آب و تولید بخار در فشار اتمسفر استفاده کرد.

عملکرد بالای نیروگاه های حرارتی بر روی پیل های سوختی مبتنی بر اسید فسفریک (ارتوفسفریک) در تولید ترکیبی حرارت و برق از مزایای این نوع پیل های سوختی است. گیاهان از مونوکسید کربن با غلظت حدود 1.5٪ استفاده می کنند که انتخاب سوخت را به شدت افزایش می دهد. علاوه بر این، CO 2 بر الکترولیت و عملکرد پیل سوختی تأثیر نمی گذارد، این نوع سلول با سوخت طبیعی اصلاح شده کار می کند. ساخت ساده، فرار الکترولیت کم و افزایش پایداری نیز از مزایای این نوع پیل سوختی است.

نیروگاه های حرارتی با توان الکتریکی خروجی تا 500 کیلووات به صورت صنعتی تولید می شوند. تاسیسات 11 مگاواتی تست های مربوطه را گذرانده اند. نیروگاه هایی با توان خروجی تا 100 مگاوات در حال توسعه هستند.

پیل/سلول سوختی اکسید جامد (SOFC)

پیل های سوختی اکسید جامد پیل های سوختی با بالاترین دمای کاری هستند. دمای کار می تواند از 600 درجه سانتیگراد تا 1000 درجه سانتیگراد متغیر باشد که امکان استفاده از انواع مختلف سوخت را بدون پیش تصفیه خاص فراهم می کند. برای کنترل این دماهای بالا، الکترولیت مورد استفاده یک اکسید فلزی جامد با پایه سرامیکی نازک است که اغلب آلیاژی از ایتریم و زیرکونیوم است که رسانای یون‌های اکسیژن (O2-) است.

یک الکترولیت جامد یک انتقال گاز هرمتیک از یک الکترود به الکترود دیگر را فراهم می کند، در حالی که الکترولیت های مایع در یک بستر متخلخل قرار دارند. حامل بار در پیل های سوختی از این نوع، یون اکسیژن (O 2-) است. در کاتد، مولکول های اکسیژن از هوا به یک یون اکسیژن و چهار الکترون جدا می شوند. یون های اکسیژن از الکترولیت عبور می کنند و با هیدروژن ترکیب می شوند و چهار الکترون آزاد تشکیل می دهند. الکترون ها از طریق یک مدار الکتریکی خارجی هدایت می شوند و جریان الکتریکی و گرمای اتلاف تولید می کنند.

واکنش در آند: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
واکنش در کاتد: O 2 + 4e - \u003d\u003e 2O 2-
واکنش عنصر عمومی: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

راندمان انرژی الکتریکی تولید شده در بین تمام سلول های سوختی بالاترین است - حدود 60-70٪. دمای عملیاتی بالا به تولید ترکیبی گرما و توان برای تولید بخار فشار بالا اجازه می دهد. ترکیب یک پیل سوختی با دمای بالا با یک توربین، یک پیل سوختی هیبریدی ایجاد می کند تا بازده تولید برق را تا 75 درصد افزایش دهد.

پیل‌های سوختی اکسید جامد در دماهای بسیار بالا (600 درجه سانتی‌گراد تا 1000 درجه سانتی‌گراد) کار می‌کنند، در نتیجه زمان زیادی برای رسیدن به شرایط عملیاتی بهینه می‌گذرد، و سیستم در پاسخ به تغییرات مصرف انرژی کندتر عمل می‌کند. در چنین دماهای عملیاتی بالا، هیچ مبدلی برای بازیابی هیدروژن از سوخت مورد نیاز نیست، و به نیروگاه حرارتی اجازه می دهد تا با سوخت های نسبتا ناخالص حاصل از تبدیل به گاز زغال سنگ یا گازهای زائد و مانند آن کار کند. همچنین این پیل سوختی برای کاربردهای با قدرت بالا از جمله نیروگاه های صنعتی و بزرگ مرکزی بسیار عالی است. ماژول های تولید صنعتی با توان الکتریکی خروجی 100 کیلو وات.

سلول‌های سوختی/پیل‌ها با اکسیداسیون مستقیم متانول (DOMTE)

فناوری پیل سوختی اکسیداسیون مستقیم متانول در حال گذراندن دوره ای است توسعه فعال. این شرکت با موفقیت خود را در زمینه تامین انرژی تلفن های همراه، لپ تاپ ها و همچنین برای ایجاد منابع برق قابل حمل تثبیت کرده است. کاربرد این عناصر در آینده چه هدفی دارد.

ساختار پیل‌های سوختی با اکسیداسیون مستقیم متانول مشابه سلول‌های سوختی با غشای تبادل پروتون (MOFEC) است. یک پلیمر به عنوان الکترولیت و یک یون هیدروژن (پروتون) به عنوان حامل بار استفاده می شود. با این حال، متانول مایع (CH 3 OH) در حضور آب در آند اکسید می شود و CO 2، یون های هیدروژن و الکترون ها را آزاد می کند که از طریق یک مدار الکتریکی خارجی هدایت می شوند و جریان الکتریکی تولید می شود. یون های هیدروژن از الکترولیت عبور می کنند و با اکسیژن هوا و الکترون های مدار خارجی واکنش می دهند تا آب را در آند تشکیل دهند.

واکنش در آند: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
واکنش در کاتد: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
واکنش عنصر عمومی: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

مزیت این نوع پیل های سوختی کوچک بودن آنها به دلیل استفاده از سوخت مایع و عدم نیاز به استفاده از مبدل می باشد.

پیل/سلول سوختی قلیایی (AFC)

پیل های سوختی قلیایی یکی از کارآمدترین عناصری هستند که برای تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار می گیرند و بازده تولید برق تا 70 درصد می رسد.

پیل های سوختی قلیایی از یک الکترولیت استفاده می کنند، به عنوان مثال. محلول آبهیدروکسید پتاسیم موجود در یک ماتریس تثبیت شده متخلخل. غلظت هیدروکسید پتاسیم ممکن است بسته به دمای عملکرد پیل سوختی متفاوت باشد که از 65 درجه سانتیگراد تا 220 درجه سانتیگراد متغیر است. حامل بار در SFC یک یون هیدروکسید (OH-) است که از کاتد به آند حرکت می کند و در آنجا با هیدروژن واکنش می دهد و آب و الکترون تولید می کند. آب تولید شده در آند به کاتد باز می گردد و دوباره در آنجا یون های هیدروکسید تولید می کند. در نتیجه این سلسله واکنش هایی که در پیل سوختی انجام می شود، الکتریسیته تولید می شود و به عنوان محصول جانبی، گرما:

واکنش در آند: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
واکنش در کاتد: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
واکنش عمومی سیستم: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

مزیت SFCها این است که این پیل‌های سوختی ارزان‌ترین برای تولید هستند، زیرا کاتالیزور مورد نیاز روی الکترودها می‌تواند هر یک از مواد ارزان‌تر از موادی باشد که به عنوان کاتالیزور برای سایر پیل‌های سوختی استفاده می‌شوند. SCFC ها در دماهای نسبتاً پایین کار می کنند و از کارآمدترین پیل های سوختی هستند - چنین ویژگی هایی به ترتیب می توانند به تولید سریعتر نیرو و راندمان سوخت بالا کمک کنند.

یکی از ویژگی های SHTE حساسیت بالای آن به CO 2 است که می تواند در سوخت یا هوا موجود باشد. CO 2 با الکترولیت واکنش نشان می دهد، به سرعت آن را مسموم می کند و کارایی پیل سوختی را بسیار کاهش می دهد. بنابراین، استفاده از SFCها محدود به فضاهای بسته مانند فضا و وسایل نقلیه زیر آب است، آنها باید بر روی هیدروژن و اکسیژن خالص کار کنند. علاوه بر این، مولکول هایی مانند CO، H 2 O و CH4 که برای سایر پیل های سوختی و حتی سوخت برای برخی از آنها بی خطر هستند، برای SFC ها مضر هستند.

سلول‌های سوختی الکترولیت پلیمری (PETE)

در مورد سلول های سوختی الکترولیت پلیمری، غشای پلیمری از الیاف پلیمری با مناطق آبی تشکیل شده است که در آن ها رسانایی یون های آب (H 2 O + (پروتون، قرمز) متصل به مولکول آب وجود دارد. مولکول های آب به دلیل تبادل یونی کند مشکل ایجاد می کنند. بنابراین، غلظت بالایی از آب هم در سوخت و هم در الکترودهای اگزوز مورد نیاز است که دمای کار را به 100 درجه سانتیگراد محدود می کند.

پیل/سلول سوختی اسید جامد (SCFC)

در سلولهای سوختی اسید جامد، الکترولیت (CsHSO 4) حاوی آب نیست. بنابراین دمای عملیاتی 100-300 درجه سانتیگراد است. چرخش آنیون های اکسی SO 4 2- به پروتون ها (قرمز) اجازه می دهد همانطور که در شکل نشان داده شده است حرکت کنند. به طور معمول، یک پیل سوختی اسید جامد ساندویچی است که در آن یک لایه بسیار نازک از ترکیب اسید جامد بین دو الکترود محکم فشرده قرار می گیرد تا از تماس خوب اطمینان حاصل شود. هنگامی که گرم می شود، جزء آلی تبخیر می شود و از طریق منافذ الکترودها خارج می شود و توانایی تماس های متعدد بین سوخت (یا اکسیژن در انتهای دیگر سلول)، الکترولیت و الکترودها را حفظ می کند.

ماژول های پیل سوختی مختلف باتری پیل سوختی

1. باتری پیل سوختی
2. سایر تجهیزات دمای بالا (ژنراتور بخار یکپارچه، محفظه احتراق، تغییر تعادل حرارتی)
3. عایق مقاوم در برابر حرارت

ماژول پیل سوختی

تجزیه و تحلیل مقایسه ای انواع و انواع پیل های سوختی

نیروگاه‌های ابتکاری صرفه‌جویی در مصرف انرژی معمولاً بر روی سلول‌های سوختی اکسید جامد (SOFCs)، سلول‌های سوختی الکترولیت پلیمری (PEFCs)، سلول‌های سوختی اسید فسفریک (PCFCs)، سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون (MPFCs) و سلول‌های سوختی قلیایی ساخته می‌شوند. APFC ها). آنها معمولاً دارای ویژگی های زیر هستند:

پیل های سوختی اکسید جامد (SOFC) باید به عنوان مناسب ترین آنها شناخته شوند که:

• عملکرد در دمای بالاتر، که نیاز به فلزات گران قیمت (مانند پلاتین) را کاهش می دهد.
• می تواند بر روی انواع مختلفی از سوخت های هیدروکربنی، به طور عمده بر روی گاز طبیعی کار کند
• زمان راه اندازی طولانی تری دارند و بنابراین برای عملیات طولانی مدت مناسب تر هستند
• نشان دادن راندمان بالای تولید برق (تا 70٪)
• به دلیل دمای عملیاتی بالا، واحدها را می توان با سیستم های بازیابی گرما ترکیب کرد و راندمان کلی سیستم را تا 85٪ افزایش داد.
• آلایندگی نزدیک به صفر دارند، بی صدا کار می کنند و در مقایسه با فناوری های تولید برق موجود، نیازمندی های عملیاتی پایینی دارند

نوع پیل سوختی	دمای کاری	راندمان تولید برق	نوع سوخت	منطقه برنامه
RKTE	550-700 درجه سانتیگراد	50-70%		تاسیسات متوسط ​​و بزرگ
FKTE	100-220 درجه سانتیگراد	35-40%	هیدروژن خالص	تاسیسات بزرگ
MOPTE	30-100 درجه سانتیگراد	35-50%	هیدروژن خالص	تاسیسات کوچک
SOFC	450-1000 درجه سانتیگراد	45-70%	اکثر سوخت های هیدروکربنی	تاسیسات کوچک، متوسط ​​و بزرگ
POMTE	20-90 درجه سانتی گراد	20-30%	متانول	قابل حمل
SHTE	50-200 درجه سانتیگراد	40-70%	هیدروژن خالص	تحقیقات فضایی
پیت	30-100 درجه سانتیگراد	35-50%	هیدروژن خالص	تاسیسات کوچک

از آنجایی که نیروگاه های حرارتی کوچک را می توان به یک شبکه تامین گاز معمولی متصل کرد، پیل های سوختی به سیستم تامین هیدروژن جداگانه نیاز ندارند. هنگام استفاده از نیروگاه های حرارتی کوچک مبتنی بر سلول های سوختی اکسید جامد، گرمای تولید شده را می توان در مبدل های حرارتی برای گرم کردن آب و هوای تهویه ادغام کرد و بازده کلی سیستم را افزایش داد. این فناوری نوآورانهبهترین گزینه برای تولید برق کارآمد بدون نیاز به زیرساخت های گران قیمت و یکپارچه سازی ابزار پیچیده است.

کاربردهای پیل سوختی/پیل

کاربرد پیل/پیل سوختی در سیستم های مخابراتی

با توجه به گسترش سریع سیستم ها ارتباطات بی سیمدر سراسر جهان، و همچنین مزایای اجتماعی و اقتصادی رو به رشد فناوری تلفن همراه، نیاز به قدرت پشتیبان قابل اعتماد و مقرون به صرفه حیاتی شده است. تلفات شبکه برق در طول سال به دلیل ضعیف بودن شرایط آب و هوایی, بلایای طبیعییا ظرفیت محدود شبکه یک چالش دائمی برای اپراتورهای شبکه است.

راه‌حل‌های پشتیبان برق سنتی مخابراتی شامل باتری‌ها (سلول باتری سرب اسیدی تنظیم‌شده با شیر) برای قدرت پشتیبان کوتاه‌مدت و ژنراتورهای دیزل و پروپان برای قدرت پشتیبان طولانی‌تر است. باتری ها منبع نسبتا ارزانی برای تامین انرژی پشتیبان برای 1 تا 2 ساعت هستند. با این حال، باتری‌ها برای دوره‌های پشتیبان طولانی‌تر مناسب نیستند، زیرا نگهداری آن‌ها گران است، پس از استفاده طولانی مدت غیرقابل اعتماد می‌شوند، به دما حساس هستند و پس از دفع برای محیط زیست خطرناک هستند. ژنراتورهای دیزلی و پروپان می توانند توان پشتیبان مداوم را تامین کنند. با این حال، ژنراتورها می توانند غیرقابل اعتماد باشند، نیاز به تعمیر و نگهداری گسترده داشته باشند و سطوح بالایی از آلاینده ها و گازهای گلخانه ای را در جو آزاد کنند.

به منظور حذف محدودیت‌های راه‌حل‌های سنتی قدرت پشتیبان، یک فناوری نوآورانه پیل سوختی سبز توسعه داده شده است. پیل های سوختی قابل اعتماد هستند، سر و صدا تولید نمی کنند، قطعات متحرک کمتری نسبت به ژنراتور دارند، تعداد بیشتری دارند طیف وسیعدمای کارکرد نسبت به باتری: -40 تا +50 درجه سانتی گراد و در نتیجه سطح بسیار بالایی از صرفه جویی در انرژی را ارائه می دهد. علاوه بر این، هزینه طول عمر چنین نیروگاهی کمتر از یک ژنراتور است. هزینه کمتر برای هر پیل سوختی نتیجه تنها یک بازدید تعمیر و نگهداری در سال و بهره وری قابل توجهی بالاتر از کارخانه است. از این گذشته، پیل سوختی یک راه حل فناوری سازگار با محیط زیست با حداقل تأثیرات زیست محیطی است.

واحدهای پیل سوختی توان پشتیبان را برای زیرساخت‌های شبکه‌های ارتباطی حیاتی برای ارتباطات بی‌سیم، دائمی و باند پهن در یک سیستم مخابراتی، از 250 وات تا 15 کیلووات، فراهم می‌کنند، و بسیاری از ویژگی‌های نوآورانه بی‌رقیب را ارائه می‌دهند:

• قابلیت اطمینان- قطعات متحرک کم و بدون تخلیه در حالت آماده به کار
• ذخیره انرژی
• سکوت- سطح سر و صدای کم
• ثبات- محدوده عملکرد از -40 درجه سانتیگراد تا +50 درجه سانتیگراد
• تطبیق پذیری- نصب در فضای باز و داخلی (ظرف / ظرف محافظ)
• قدرت بالا- تا 15 کیلو وات
• نیاز به نگهداری کم- حداقل نگهداری سالانه
• اقتصاد- مجموع هزینه های جذاب مالکیت
• انرژی پاک- انتشار کم با حداقل اثرات زیست محیطی

سیستم همیشه ولتاژ اتوبوس را حس می کند جریان مستقیمو اگر ولتاژ باس DC به زیر یک نقطه تنظیم تعریف شده توسط کاربر کاهش یابد، به آرامی بارهای بحرانی را تحمل می کند. این سیستم با هیدروژن کار می کند که به یکی از دو روش وارد پشته پیل سوختی می شود - یا از منبع تجاری هیدروژن، یا از سوخت مایع متانول و آب، با استفاده از سیستم اصلاح کننده روی برد.

الکتریسیته توسط پشته پیل سوختی به صورت جریان مستقیم تولید می شود. برق DC به مبدلی ارسال می شود که توان DC تنظیم نشده را از پشته پیل سوختی به توان DC با کیفیت بالا و تنظیم شده برای بارهای مورد نیاز تبدیل می کند. نصب پیل سوختی می‌تواند برای چندین روز انرژی پشتیبان را تامین کند، زیرا مدت زمان آن تنها با مقدار سوخت هیدروژن یا متانول/آب موجود در انبار محدود می‌شود.

پیل‌های سوختی در مقایسه با بسته‌های باتری سرب اسیدی با شیر استاندارد صنعتی، راندمان انرژی برتر، قابلیت اطمینان سیستم افزایش یافته، عملکرد قابل پیش‌بینی‌تر در طیف وسیعی از آب و هوا، و عمر مفید قابل اطمینان‌تر ارائه می‌دهند. هزینه های چرخه عمر نیز به دلیل نیازهای کمتر تعمیر و نگهداری و تعویض کمتر است. سلول های سوختی مزایای زیست محیطی را به کاربر نهایی ارائه می دهند زیرا هزینه های دفع و خطرات مربوط به مسئولیت مرتبط با سلول های اسید سرب یک نگرانی رو به رشد است.

عملکرد باتری های الکتریکی می تواند تحت تأثیر طیف گسترده ای از عوامل مانند سطح شارژ، دما، چرخه، طول عمر و سایر متغیرها قرار گیرد. انرژی ارائه شده بسته به این عوامل متفاوت خواهد بود و پیش بینی آن آسان نیست. ویژگی های عملکردسلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) نسبتاً تحت تأثیر این عوامل قرار نمی‌گیرند و تا زمانی که سوخت در دسترس باشد، می‌توانند قدرت حیاتی را ارائه دهند. افزایش قابلیت پیش بینی یک مزیت مهم هنگام حرکت به سلول های سوختی برای کاربردهای انرژی پشتیبان حیاتی است.

پیل های سوختی تنها زمانی انرژی تولید می کنند که سوخت تامین شود، مانند ژنراتور توربین گاز، اما قطعات متحرک در منطقه تولید ندارند. بنابراین، بر خلاف ژنراتور، در معرض سایش سریع نیستند و نیازی به نگهداری و روغن کاری مداوم ندارند.

سوخت مورد استفاده برای راه اندازی مبدل سوخت طولانی مدت مخلوطی از متانول و آب است. متانول یک سوخت تجاری و در دسترس است که در حال حاضر کاربردهای زیادی دارد، از جمله شیشه شوی، بطری های پلاستیکی، مواد افزودنی موتور و رنگ های امولسیونی. متانول حمل و نقل آسان، قابل اختلاط با آب، تجزیه پذیری زیستی خوب و بدون گوگرد است. نقطه انجماد پایینی (-71 درجه سانتیگراد) دارد و در مدت نگهداری طولانی تجزیه نمی شود.

کاربرد پیل/پیل سوختی در شبکه های ارتباطی

شبکه‌های امنیتی به راه‌حل‌های برق پشتیبان قابل اعتماد نیاز دارند که در صورت در دسترس نبودن شبکه برق، می‌توانند ساعت‌ها یا روزها در مواقع اضطراری دوام بیاورند.

با قطعات متحرک کم و بدون کاهش توان در حالت آماده به کار، فناوری پیل سوختی نوآورانه راه حلی جذاب در مقایسه با سیستم های قدرت پشتیبان موجود در حال حاضر ارائه می دهد.

قانع‌کننده‌ترین دلیل استفاده از فناوری پیل سوختی در شبکه‌های ارتباطی افزایش قابلیت اطمینان و امنیت کلی است. در طول حوادثی مانند قطع برق، زلزله، طوفان و طوفان، مهم است که سیستم ها به کار خود ادامه دهند و منبع تغذیه پشتیبان قابل اعتماد برای مدت زمان طولانی، صرف نظر از دما یا سن سیستم برق پشتیبان، داشته باشند.

محدوده منابع تغذیه پیل سوختی برای پشتیبانی از شبکه های ارتباطی ایمن ایده آل است. به لطف اصول طراحی صرفه جویی در انرژی، آنها یک توان پشتیبان سازگار با محیط زیست و قابل اعتماد با مدت زمان طولانی (تا چند روز) برای استفاده در محدوده توان از 250 وات تا 15 کیلو وات ارائه می کنند.

کاربرد پیل/پیل های سوختی در شبکه های داده

منبع تغذیه قابل اعتماد برای شبکه های داده، مانند شبکه های داده پرسرعت و ستون فقرات فیبر نوری، در سراسر جهان از اهمیت کلیدی برخوردار است. اطلاعات ارسال شده از طریق چنین شبکه هایی حاوی داده های حیاتی برای مؤسساتی مانند بانک ها، خطوط هوایی یا مراکز پزشکی است. قطع برق در چنین شبکه هایی نه تنها خطری برای اطلاعات ارسالی ایجاد می کند، بلکه به عنوان یک قاعده منجر به خسارات مالی قابل توجهی نیز می شود. تاسیسات پیل سوختی قابل اعتماد و نوآورانه که نیروی آماده به کار را فراهم می کنند، قابلیت اطمینانی را که برای اطمینان از برق بی وقفه نیاز دارید، فراهم می کند.

واحدهای پیل سوختی که بر روی مخلوط سوخت مایع متانول و آب کار می کنند، منبع تغذیه پشتیبان قابل اعتمادی را با مدت زمان طولانی تا چندین روز فراهم می کنند. علاوه بر این، این واحدها در مقایسه با ژنراتورها و باتری‌ها، نیاز به تعمیر و نگهداری را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند و تنها به یک بازدید در سال نیاز دارند.

ویژگی های کاربردی معمول برای استفاده از سیستم های پیل سوختی در شبکه های داده:

• برنامه های کاربردی با ورودی های برق از 100 وات تا 15 کیلو وات
• برنامه هایی با عمر باتری مورد نیاز > 4 ساعت
• تکرار کننده ها در سیستم های فیبر نوری (سلسله مراتب سیستم های دیجیتال سنکرون، اینترنت پرسرعت، صدا از طریق IP...)
• گره های شبکه انتقال داده با سرعت بالا
• گره های انتقال وایمکس

تاسیسات آماده به کار سلول سوختی مزایای متعددی را برای زیرساخت‌های شبکه داده حیاتی نسبت به باتری‌های سنتی یا ژنراتورهای دیزلی ارائه می‌دهند که امکان افزایش استفاده در محل را فراهم می‌کند:

1. فناوری سوخت مایع مشکل ذخیره سازی هیدروژن را حل می کند و قدرت پشتیبان تقریبا نامحدودی را فراهم می کند.
2. با تشکر از کار بی سر و صدا، وزن کم، مقاومت در برابر تغییرات دما و عملکرد عملاً بدون لرزش، سلول های سوختی را می توان در فضای باز، در اماکن صنعتی/ظروف صنعتی یا روی پشت بام نصب کرد.
3. آماده سازی برای استفاده از سیستم در محل سریع و مقرون به صرفه است و هزینه عملیاتی آن کم است.
4. سوخت زیست تخریب پذیر است و سازگار با محیط زیست است محلول تمیزبرای محیط شهری

کاربرد پیل/پیل سوختی در سیستم های امنیتی

سیستم‌های ارتباطی و امنیتی ساختمان که با دقت طراحی شده‌اند، به اندازه قدرتی که آنها را تامین می‌کند قابل اعتماد هستند. در حالی که اکثر سیستم ها شامل نوعی از سیستم برق اضطراری پشتیبان برای تلفات برق کوتاه مدت هستند، آنها قطعی برق طولانی تری را که ممکن است پس از بلایای طبیعی یا حملات تروریستی رخ دهد، فراهم نمی کنند. این می تواند برای بسیاری از سازمان های دولتی و شرکت ها یک مسئله حیاتی باشد.

سیستم های حیاتی مانند سیستم های نظارت و کنترل دسترسی دوربین مداربسته (کارت خوان ها، دستگاه های بسته شدن درب، فناوری شناسایی بیومتریک و غیره)، خودکار زنگ خطر آتشو آتش نشانی، سیستم های کنترل آسانسور و شبکه های مخابراتی در غیاب یک منبع جایگزین قابل اعتماد برای منبع تغذیه مداوم در معرض خطر هستند.

دیزل ژنراتورها پر سر و صدا هستند، مکان یابی آنها دشوار است و به دلیل قابلیت اطمینان و قابلیت اطمینان خود به خوبی شناخته شده اند نگهداری. در مقابل، نصب پشتیبان پیل سوختی بی صدا، قابل اعتماد است، آلایندگی صفر یا بسیار کم دارد و به راحتی روی پشت بام یا بیرون ساختمان نصب می شود. در حالت آماده به کار تخلیه نمی شود یا برق را از دست نمی دهد. ادامه عملکرد سیستم های حیاتی را حتی پس از توقف فعالیت موسسه و رها شدن ساختمان توسط مردم تضمین می کند.

تاسیسات پیل سوختی نوآورانه از سرمایه گذاری های پرهزینه در کاربردهای حیاتی محافظت می کند. آنها انرژی پشتیبان سازگار با محیط زیست، قابل اعتماد و طولانی مدت (تا چند روز) را برای استفاده در محدوده توان 250 وات تا 15 کیلو وات، همراه با ویژگی های بی نظیر بی شمار و به ویژه سطح بالایی از صرفه جویی در انرژی ارائه می کنند.

نصب پیل سوختی برای منبع تغذیه آماده به کار مزایای متعددی را برای کاربردهای حیاتی دارد. مناطق مهمکاربردهایی مانند امنیت و سیستم های مدیریت ساختمان، در مقایسه با باتری های سنتی خارج از شبکه یا دیزل ژنراتورها. فناوری سوخت مایع مشکل ذخیره سازی هیدروژن را حل می کند و قدرت پشتیبان تقریبا نامحدودی را فراهم می کند.

کاربرد پیل/پیل سوختی در گرمایش خانگی و تولید برق

سلول‌های سوختی اکسید جامد (SOFCs) برای ساخت نیروگاه‌های حرارتی قابل اعتماد، کارآمد و بدون انتشار برای تولید برق و گرما از گاز طبیعی و سوخت‌های تجدیدپذیر به طور گسترده در دسترس استفاده می‌شوند. این واحدهای نوآورانه در بازارهای بسیار متنوعی از تولید برق خانگی گرفته تا تامین برق تا مناطق دورافتاده و همچنین منابع برق کمکی مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد پیل/ پیل سوختی در شبکه های توزیع

نیروگاه های حرارتی کوچک برای کار در یک شبکه تولید برق پراکنده متشکل از تعداد زیادی مجموعه ژنراتور کوچک به جای یک نیروگاه متمرکز طراحی شده اند.

شکل زیر کاهش راندمان تولید برق را هنگامی که توسط نیروگاه های CHP تولید می شود و از طریق شبکه های انتقال سنتی در حال استفاده به خانه ها منتقل می شود، نشان می دهد. تلفات راندمان در تولید منطقه شامل تلفات نیروگاه، انتقال ولتاژ پایین و بالا و تلفات توزیع است.

شکل، نتایج ادغام نیروگاه های حرارتی کوچک را نشان می دهد: برق با راندمان تولید تا 60 درصد در نقطه استفاده تولید می شود. علاوه بر این، خانوار می‌تواند از گرمای تولید شده توسط سلول‌های سوختی برای گرم کردن آب و فضا استفاده کند، که باعث افزایش راندمان کلی پردازش انرژی سوخت و صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود.

استفاده از پیل های سوختی برای حفاظت از محیط زیست - استفاده از گازهای نفتی مرتبط

یکی از مهمترین وظایف در صنعت نفت، استفاده از گازهای نفتی همراه است. روش های موجود برای استفاده از گازهای نفتی همراه دارای معایب بسیاری است که عمده ترین آنها این است که از نظر اقتصادی بی سود هستند. گازهای نفتی همراه مشعل می شود که آسیب زیادی به محیط زیست و سلامت انسان وارد می کند.

نیروگاه‌های حرارتی و نیروگاهی سلول‌سوختی نوآورانه با استفاده از گاز نفتی همراه به عنوان سوخت، راه را برای راه‌حلی ریشه‌ای و مقرون‌به‌صرفه برای مشکلات استفاده از گاز نفتی مرتبط باز می‌کنند.

1. یکی از مزایای اصلی تأسیسات پیل سوختی این است که می توانند به طور قابل اعتماد و پایدار بر روی گاز نفتی با ترکیب متغیر کار کنند. به دلیل واکنش شیمیایی بدون شعله زیربنای عملکرد پیل سوختی، کاهش درصد مثلاً متان تنها باعث کاهش متناظر در توان خروجی می شود.
2. انعطاف پذیری در رابطه با بار الکتریکی مصرف کنندگان، دیفرانسیل، افزایش بار.
3. برای نصب و اتصال نیروگاه های حرارتی روی پیل سوختی، اجرای آنها نیازی به هزینه های سرمایه ای ندارد، زیرا واحدها به راحتی در مکان های آماده نشده نزدیک مزارع نصب می شوند، کارکرد آسان، قابل اعتماد و کارآمد هستند.
4. اتوماسیون بالا و کنترل از راه دور مدرن نیازی به حضور مداوم پرسنل در کارخانه ندارد.
5. سادگی و برتری فنیطراحی: بدون قطعات متحرک، بدون اصطکاک، بدون سیستم روانکاری مزایای اقتصادی قابل توجهی از عملکرد تاسیسات پیل سوختی به همراه دارد.
6. مصرف آب: در دمای محیط تا +30 درجه سانتیگراد هیچ و در دماهای بالاتر قابل اغماض است.
7. خروجی آب: ندارد.
8. علاوه بر این، نیروگاه های حرارتی پیل سوختی صدا ایجاد نمی کنند، لرزش ندارند، انتشارات مضر در جو منتشر نکنید

سر ویلیام گرو اطلاعات زیادی در مورد الکترولیز داشت، بنابراین او این فرضیه را مطرح کرد که با این فرآیند (که آب را به هیدروژن و اکسیژن تشکیل‌دهنده آن تقسیم می‌کند و با رسانش برق از طریق آن، می‌تواند تولید کند، اگر معکوس شود). او پس از محاسبه روی کاغذ به مرحله آزمایشی رفت و توانست عقاید خود را ثابت کند. این فرضیه اثبات شده توسط دانشمندان لودویگ موند و دستیارش چارلز لانگر ایجاد شد، این فناوری را بهبود بخشید و در سال 1889 نامی را به آن داد که شامل دو کلمه بود - "پیل سوختی".

اکنون این عبارت به طور محکم در زندگی روزمره رانندگان جا افتاده است. شما مطمئناً بیش از یک بار واژه پیل سوختی را شنیده اید. در اخبار اینترنت، تلویزیون، کلمات جدید به طور فزاینده ای چشمک می زنند. آنها معمولاً به داستان هایی در مورد آخرین خودروهای هیبریدی یا برنامه های توسعه برای این وسایل نقلیه هیبریدی اشاره می کنند.

به عنوان مثال، 11 سال پیش برنامه "ابتکار سوخت هیدروژن" در ایالات متحده راه اندازی شد. این برنامه بر توسعه سلول‌های سوختی هیدروژنی و فناوری‌های زیرساخت مورد نیاز برای عملی و اقتصادی کردن خودروهای پیل سوختی تا سال 2020 متمرکز بود. به هر حال ، در این مدت بیش از 1 میلیارد دلار به این برنامه اختصاص یافت که نشان دهنده شرط جدی مقامات ایالات متحده است.

در آن سوی اقیانوس، خودروسازان نیز در حالت آماده باش بودند و تحقیقات خود را در مورد خودروهای سلول سوختی آغاز کردند یا ادامه دادند. و حتی به کار بر روی ساخت فناوری پیل سوختی قوی ادامه داد.

بیشترین موفقیت در این زمینه در بین تمامی خودروسازان جهانی توسط دو خودروساز ژاپنی به دست آمده است. مدل های پیل سوختی آنها در حال حاضر در حال تولید کامل هستند، در حالی که رقبای آنها درست پشت سر آنها قرار دارند.

بنابراین، پیل‌های سوختی در صنعت خودروسازی اینجا هستند. اصول تکنولوژی و کاربرد آن در خودروهای مدرن را در نظر بگیرید.

اصل عملکرد پیل سوختی

در حقیقت، . با نکته فنیاز دیدگاه، پیل سوختی را می توان به عنوان یک وسیله الکتروشیمیایی برای تبدیل انرژی تعریف کرد. ذرات هیدروژن و اکسیژن را به آب تبدیل می کند و در این فرآیند برق و جریان مستقیم تولید می کند.

انواع مختلفی از سلول های سوختی وجود دارد، برخی از آنها در حال حاضر در خودروها استفاده می شوند، برخی دیگر در تحقیقات در حال آزمایش هستند. اکثر آنها از هیدروژن و اکسیژن به عنوان عناصر شیمیایی اصلی مورد نیاز برای تبدیل استفاده می کنند.

رویه مشابهی در یک باتری معمولی اتفاق می افتد، تنها تفاوت این است که تمام مواد شیمیایی لازم برای تبدیل "در داخل هواپیما" را دارد، در حالی که سلول سوختی را می توان از یک منبع خارجی "شارژ" کرد، به همین دلیل فرآیند " تولید برق ممکن است ادامه یابد. علاوه بر بخار آب و برق، یکی دیگر از محصولات جانبی این روش، گرمای تولید شده است.

یک پیل سوختی هیدروژن-اکسیژن غشای مبادله پروتون حاوی یک غشای پلیمری رسانای پروتون است که دو الکترود، یک آند و یک کاتد را از هم جدا می کند. هر الکترود معمولاً یک صفحه کربنی (ماتریس) با یک کاتالیزور رسوبی - پلاتین یا آلیاژی از پلاتینوئیدها و سایر ترکیبات است.

در کاتالیزور آند، هیدروژن مولکولی تجزیه شده و الکترون ها را از دست می دهد. کاتیون های هیدروژن از طریق غشاء به کاتد هدایت می شوند، اما الکترون ها به مدار خارجی منتقل می شوند، زیرا غشاء اجازه عبور الکترون ها را نمی دهد.

در کاتالیزور کاتدی، یک مولکول اکسیژن با یک الکترون (که از ارتباطات خارجی تامین می شود) و یک پروتون ورودی ترکیب می شود و آب را تشکیل می دهد که تنها محصول واکنش (به شکل بخار و/یا مایع) است.

wikipedia.org

کاربرد در خودروها

از بین انواع پیل‌های سوختی، پیل‌های سوختی مبتنی بر غشاهای مبادله پروتون یا، همانطور که در غرب، سلول سوختی غشایی تبادل پلیمری (PEMFC) نامیده می‌شوند، بهترین کاندید برای استفاده در وسایل نقلیه شده‌اند. دلیل اصلی این امر چگالی توان بالا و دمای عملیاتی نسبتاً پایین آن است که به نوبه خود به این معنی است که برای به کار انداختن پیل های سوختی زمان زیادی صرف نمی شود. آنها به سرعت گرم می شوند و شروع به تولید مقدار مورد نیاز برق می کنند. همچنین از یکی از ساده ترین واکنش ها در بین انواع پیل های سوختی استفاده می کند.

اولین وسیله نقلیه با این فناوری در سال 1994 زمانی که مرسدس بنز MB100 را بر اساس NECAR1 (ماشین الکتریکی جدید 1) معرفی کرد، ساخته شد. جدا از توان خروجی کم (فقط 50 کیلووات)، بزرگترین نقطه ضعف این مفهوم این بود که سلول سوختی کل حجم را اشغال می کرد. محفظه بارون.

همچنین، از نقطه نظر ایمنی غیرفعال، این یک ایده وحشتناک بود تولید انبوه، با در نظر گرفتن نیاز به نصب مخزن عظیم پر از هیدروژن قابل اشتعال تحت فشار.

در طول دهه بعد، فناوری تکامل یافت و یکی از جدیدترین کانسپت های پیل سوختی مرسدس بنز دارای قدرت خروجی 115 اسب بخار بود. (85 کیلووات) و برد حدود 400 کیلومتر قبل از سوخت گیری. البته آلمانی ها تنها پیشگامان توسعه سلول های سوختی آینده نبودند. دو ژاپنی تویوتا و . یکی از بزرگترین بازیگران خودرو هوندا بوده است که خودرویی تولیدی با نیروگاه پیل سوختی هیدروژنی معرفی کرده است. فروش لیزینگ FCX Clarity در ایالات متحده در تابستان 2008 آغاز شد؛ کمی بعد، فروش این خودرو به ژاپن منتقل شد.

تویوتا در مورد Mirai که سیستم پیل سوختی هیدروژنی پیشرفته‌اش ظاهراً قادر است مسافت 520 کیلومتری را با یک باک به این خودروی آینده نگر بدهد که می‌تواند در کمتر از پنج دقیقه سوخت‌گیری شود، مانند یک نمونه معمولی، فراتر رفته است. ارقام مصرف سوخت هر شکاکی را شگفت زده می کند، آنها حتی برای خودرویی با یک نیروگاه کلاسیک نیز باورنکردنی هستند، صرف نظر از اینکه خودرو در شهر، بزرگراه یا در سیکل ترکیبی استفاده می شود، 3.5 لیتر مصرف می کند.

هشت سال گذشت. هوندا از این زمان به خوبی استفاده کرد. نسل دوم هوندا FCX Clarity هم اکنون در حال فروش است. پشته های پیل سوختی آن 33 درصد فشرده تر از مدل اول هستند و چگالی توان آن 60 درصد افزایش یافته است. هوندا اطمینان می دهد که سلول سوختی و یکپارچه واحد قدرتسلول سوختی Clarity از نظر اندازه با یک موتور V6 قابل مقایسه است و فضای داخلی کافی برای پنج سرنشین و چمدان های آنها باقی می گذارد.

برد تخمینی 500 کیلومتر است و قیمت اولیه اقلام جدید باید 60000 دلار باشد. گران؟ برعکس، بسیار ارزان است. در اوایل سال 2000، خودروهایی با این فناوری ها 100000 دلار قیمت داشتند.

کارشناسان انرژی خاطرنشان می کنند که در اکثر کشورهای توسعه یافته علاقه به سرعت در حال رشد به منابع انرژی پراکنده با ظرفیت نسبتاً کوچک وجود دارد. مزایای اصلی این نیروگاه های مستقل هزینه های سرمایه متوسط ​​در طول ساخت، راه اندازی سریع، تعمیر و نگهداری نسبتا ساده و عملکرد زیست محیطی خوب است. با یک سیستم منبع تغذیه مستقل، سرمایه گذاری در خطوط برق و پست ها مورد نیاز نیست. قرار گرفتن منابع انرژی مستقل به طور مستقیم در نقاط مصرف نه تنها تلفات در شبکه ها را حذف می کند، بلکه قابلیت اطمینان منبع تغذیه را نیز افزایش می دهد.

منابع انرژی خودمختار مانند واحدهای توربین گاز کوچک (واحدهای توربین گاز)، موتورهای احتراق داخلی، توربین‌های بادی و پنل های خورشیدیروی نیمه هادی ها

برخلاف موتورهای احتراق داخلی یا توربین های زغال سنگ/گاز، پیل های سوختی سوخت را نمی سوزانند. آنها انرژی شیمیایی سوخت را از طریق یک واکنش شیمیایی به الکتریسیته تبدیل می کنند. بنابراین، پیل های سوختی مقادیر زیادی گازهای گلخانه ای آزاد شده در طی احتراق سوخت تولید نمی کنند، مانند دی اکسید کربن (CO2)، متان (CH4) و اکسید نیتروژن (NOx). انتشارات پیل سوختی عبارت است از آب به شکل بخار و سطوح کم دی اکسید کربن (یا عدم انتشار CO2) زمانی که هیدروژن به عنوان سوخت برای سلول ها استفاده می شود. علاوه بر این، پیل‌های سوختی بی‌صدا عمل می‌کنند، زیرا شامل روتورهای پرفشار پر سر و صدا نمی‌شوند و هیچ صدای اگزوز یا لرزش در حین کار وجود ندارد.

پیل سوختی انرژی شیمیایی سوخت را با یک واکنش شیمیایی با اکسیژن یا عامل اکسید کننده دیگر به الکتریسیته تبدیل می کند. سلول های سوختی از یک آند ( جنبه منفیکاتد (سمت مثبت) و الکترولیت که امکان جابجایی بارها بین دو طرف پیل سوختی را فراهم می کند (شکل: نمودار شماتیک سلول های سوختی).

الکترون ها از طریق مدار خارجی از آند به کاتد حرکت می کنند و الکتریسیته DC ایجاد می کنند. با توجه به اینکه تفاوت اصلی بین انواع پیل های سوختی در الکترولیت است، پیل های سوختی بر اساس نوع الکترولیت مورد استفاده تقسیم بندی می شوند. پیل های سوختی با دمای بالا و دمای پایین (TEPM، PMTE). هیدروژن رایج ترین سوخت است، اما گاهی اوقات می توان از هیدروکربن هایی مانند گاز طبیعی و الکل ها (مثلاً متانول) نیز استفاده کرد. تفاوت پیل‌های سوختی با باتری‌ها در این است که به منبع ثابت سوخت و اکسیژن/هوا برای ادامه واکنش شیمیایی نیاز دارند و تا زمانی که عرضه می‌شوند، الکتریسیته تولید می‌کنند.

پیل های سوختی نسبت به منابع انرژی معمولی مانند موتورهای احتراق داخلی یا باتری ها دارای مزایای زیر هستند:

• پیل های سوختی کارایی بیشتری نسبت به موتورهای دیزلی یا گازی دارند.
• بیشتر پیل های سوختی در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی بی صدا هستند. بنابراین برای ساختمان هایی با شرایط خاص مانند بیمارستان ها مناسب هستند.
• سلول های سوختی منجر به آلودگی ناشی از سوزاندن سوخت های فسیلی نمی شوند. برای مثال، تنها محصول جانبی پیل‌های سوختی هیدروژنی آب است.
• اگر هیدروژن از الکترولیز آب تهیه شده توسط یک منبع انرژی تجدید پذیر به دست آید، در هنگام استفاده از پیل های سوختی، هیچ گاز گلخانه ای در کل چرخه آزاد نمی شود.
• پیل های سوختی به سوخت های معمولی مانند نفت یا گاز نیاز ندارند، بنابراین می توان وابستگی اقتصادی به کشورهای تولید کننده نفت را از بین برد و امنیت انرژی بیشتری را به دست آورد.
• سلول های سوختی به شبکه های برق وابسته نیستند، زیرا هیدروژن را می توان در هر جایی که آب و برق در دسترس باشد تولید کرد و سوخت تولید شده را می توان توزیع کرد.
• هنگام استفاده از پیل های سوختی ثابت برای تولید انرژی در نقطه مصرف، می توان از شبکه های انرژی غیرمتمرکز استفاده کرد که به طور بالقوه پایدارتر هستند.
• پیل‌های سوختی با دمای پایین (LEPM، PMFC) دارای سطح انتقال حرارت پایینی هستند که آن‌ها را برای کاربردهای مختلف ایده‌آل می‌کند.
• پیل‌های سوختی با دمای بالاتر، گرمای فرآیند با کیفیت بالا را همراه با الکتریسیته تولید می‌کنند و برای تولید همزمان (مانند تولید همزمان برای ساختمان‌های مسکونی) مناسب هستند.
• زمان کار بسیار طولانی‌تر از زمان کارکرد باتری‌ها است، زیرا فقط سوخت بیشتری برای افزایش زمان کار مورد نیاز است و افزایش بهره‌وری کارخانه مورد نیاز نیست.
• برخلاف باتری‌ها، پیل‌های سوختی هنگام سوخت‌گیری، «اثر حافظه» دارند.
• تعمیر و نگهداری از پیل های سوختی ساده است زیرا قطعات متحرک بزرگی ندارند.

متداول‌ترین سوخت پیل‌های سوختی هیدروژن است، زیرا آلاینده‌های مضر منتشر نمی‌کند. با این حال می توان از سوخت های دیگری نیز استفاده کرد و پیل های سوختی گاز طبیعی را کارآمد در نظر گرفت. جایگزینزمانی که گاز طبیعی با قیمت های رقابتی در دسترس باشد. در پیل های سوختی، جریان سوخت و اکسیدان ها از الکترودهایی عبور می کند که توسط یک الکترولیت از هم جدا می شوند. این باعث یک واکنش شیمیایی می شود که الکتریسیته تولید می کند. نیازی به سوزاندن سوخت یا افزودن انرژی حرارتی نیست، که معمولاً در روش های سنتی تولید برق وجود دارد. هنگام استفاده از هیدروژن خالص طبیعی به عنوان سوخت، و اکسیژن به عنوان یک عامل اکسید کننده، در نتیجه واکنشی که در پیل سوختی رخ می دهد، آب، انرژی حرارتی و الکتریسیته تولید می شود. پیل‌های سوختی هنگام استفاده با سوخت‌های دیگر، آلاینده‌های بسیار پایینی را منتشر می‌کنند و برق با کیفیت بالا و قابل اعتماد تولید می‌کنند.

مزایای پیل سوختی گاز طبیعی به شرح زیر است:

• منافع برای محیط زیست- پیل سوختی روشی پاک برای تولید برق از سوخت های فسیلی است. در حالی که سلول های سوختی که با هیدروژن و اکسیژن خالص کار می کنند فقط آب، برق و گرما تولید می کنند. انواع دیگر پیل های سوختی مقادیر ناچیزی از ترکیبات گوگردی و سطوح بسیار کم دی اکسید کربن منتشر می کنند. با این حال، دی اکسید کربن ساطع شده از پیل های سوختی متمرکز است و به راحتی می توان آن را به جای رها شدن در جو جذب کرد.
• بهره وری- پیل‌های سوختی انرژی موجود در سوخت‌های فسیلی را بسیار کارآمدتر از روش‌های معمول تولید برق با سوخت سوخت به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. این بدان معناست که برای تولید همان مقدار برق به سوخت کمتری نیاز است. با توجه به آزمایشگاه ملی فناوری انرژی 58، می توان سلول های سوختی (در ترکیب با توربین های گاز طبیعی) تولید کرد که در محدوده توان 1 تا 20 مگاوات با راندمان 70 درصد کار می کنند. این راندمان بسیار بیشتر از بازدهی است که می توان با روش های سنتی تولید برق در محدوده توان مشخص شده به دست آورد.
• تولید با توزیع- سلول های سوختی را می توان در اندازه های بسیار کوچک تولید کرد. این اجازه می دهد تا آنها را در مکان هایی قرار دهید که به برق نیاز است. این امر در مورد تاسیسات مسکونی، تجاری، صنعتی و حتی وسایل نقلیه صدق می کند.
• قابلیت اطمینان- پیل‌های سوختی دستگاه‌هایی کاملاً محصور و بدون قطعات متحرک یا ماشین آلات پیچیده هستند. این آنها را به منابع قابل اعتماد برق تبدیل می کند که می توانند ساعت ها کار کنند. علاوه بر این، آنها منابع تقریبا بی صدا و ایمن برق هستند. همچنین در سلول های سوختی هیچ موجی از برق وجود ندارد. این بدان معناست که می توان از آنها در مواردی استفاده کرد که به یک منبع برق دائمی و قابل اعتماد نیاز است.

تا همین اواخر، پیل های سوختی (FC) کمتر محبوب بودند ژنراتورهای الکتروشیمیاییقادر به تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی، دور زدن فرآیندهای احتراق، تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی و دومی به انرژی الکتریکی است. انرژی الکتریکی در پیل های سوختی به دلیل واکنش شیمیایی بین عامل کاهنده و عامل اکسید کننده تولید می شود که به طور مداوم به الکترودها عرضه می شود. عامل کاهنده اغلب هیدروژن است، عامل اکسید کننده اکسیژن یا هوا است. ترکیبی از پشته پیل سوختی و دستگاه هایی برای تامین معرف ها، حذف محصولات واکنش و گرما (که می توان از آنها استفاده کرد) یک ژنراتور الکتروشیمیایی است.
در دهه پایانی قرن بیستم، زمانی که مسائل مربوط به قابلیت اطمینان منبع تغذیه و مشکلات زیست محیطی به ویژه مطرح شد. اهمیتبسیاری از شرکت ها در اروپا، ژاپن و ایالات متحده شروع به توسعه و تولید انواع مختلفی از سلول های سوختی کرده اند.
ساده ترین آنها پیل های سوختی قلیایی هستند که توسعه این نوع منابع انرژی مستقل از آنها آغاز شد. دمای کار در این پیل های سوختی 80-95 درجه سانتی گراد است، الکترولیت محلول 30٪ پتاسیم سوزاننده است. پیل های سوختی قلیایی با هیدروژن خالص کار می کنند.
در این اواخر بطور گستردهیک پیل سوختی PEM با غشاهای تبادل پروتون (با یک الکترولیت پلیمری) دریافت کرد. دمای عملیاتی در این فرآیند نیز 80-95 درجه سانتیگراد است، اما یک غشای تبادل یونی جامد با اسید پرفلوئوروسولفونیک به عنوان الکترولیت استفاده می شود.
مسلماً از نظر تجاری جذاب ترین پیل سوختی اسید فسفریک PAFC است که بازدهی 40% در تولید الکتریسیته به تنهایی و -85% در استفاده از گرمای تولید شده را به دست می آورد. دمای کار این پیل سوختی 175 تا 200 درجه سانتیگراد است، الکترولیت آن کاربید سیلیکون آغشته به اسید فسفریک مایع است که با تفلون پیوند خورده است.

بسته سلولی مجهز به دو الکترود گرافیتی متخلخل و اسید ارتو فسفریک به عنوان الکترولیت است. الکترودها با کاتالیزور پلاتین پوشیده شده اند. در ریفرمر، گاز طبیعی هنگام برهمکنش با بخار به هیدروژن و CO وارد می شود که علاوه بر این به CO2 در مبدل اکسید می شود. علاوه بر این، تحت تأثیر کاتالیزور، مولکول های هیدروژن به یون های H در آند تجزیه می شوند.الکترون های آزاد شده در این واکنش از طریق بار به کاتد هدایت می شوند. در کاتد، آنها با یون های هیدروژن منتشر شده از طریق الکترولیت و با یون های اکسیژن، که در نتیجه اکسیداسیون کاتالیزوری اکسیژن هوا در کاتد تشکیل می شوند، واکنش می دهند و در نهایت آب را تشکیل می دهند.
پیل های سوختی با کربنات مذاب از نوع MCFC نیز به انواع امیدوار کننده پیل های سوختی تعلق دارند. این پیل سوختی هنگام کار بر روی متان دارای راندمان 50 تا 57 درصد برای الکتریسیته است. دمای عملیاتی 540-650 درجه سانتیگراد، الکترولیت - کربنات مذاب پتاسیم و قلیایی سدیم در یک پوسته - ماتریسی از اکسید لیتیوم آلومینیوم LiA102.
و در نهایت، امیدوار کننده ترین عنصر سوخت SOFC است. این یک پیل سوختی اکسید جامد است که از هر سوخت گازی استفاده می کند و برای تاسیسات نسبتا بزرگ مناسب ترین است. راندمان انرژی آن 50 تا 55 درصد است و در صورت استفاده در نیروگاه های سیکل ترکیبی تا 65 درصد. دمای عملیاتی 980-1000 درجه سانتیگراد، الکترولیت - زیرکونیوم جامد، تثبیت شده با ایتریم.

روی انجیر 2 یک باتری SOFC 24 سلولی را نشان می دهد که توسط شرکت زیمنس Westinghouse Power (SWP - آلمان) ساخته شده است. این باتری اساس یک ژنراتور الکتروشیمیایی است که با گاز طبیعی تغذیه می شود. اولین آزمایشات نمایشی نیروگاهی از این نوع با توان 400 وات در اوایل سال 1986 انجام شد. در سال های بعد، طراحی سلول های سوختی اکسید جامد بهبود یافت و قدرت آنها افزایش یافت.

آزمایشات نمایشی واحد 100 کیلوواتی که در سال 1999 به بهره برداری رسید موفق ترین بود. بدین ترتیب امکان بهره برداری از نیروگاه به مدت حداقل 40 هزار ساعت با افت قابل قبول توان آن به اثبات رسید.

در سال 2001، یک نیروگاه جدید مبتنی بر عناصر اکسید جامد ساخته شد که در فشار اتمسفر کار می کرد. باتری (ژنراتور الکتروشیمیایی) با ظرفیت نیروگاه 250 کیلووات با تولید ترکیبی برق و گرما شامل 2304 عنصر لوله ای اکسید جامد می باشد. علاوه بر این، این نیروگاه شامل یک اینورتر، یک احیاگر، یک بخاری سوخت (گاز طبیعی)، یک محفظه احتراق برای گرم کردن هوا، یک مبدل حرارتی برای گرم کردن آب با استفاده از گرمای گازهای دودکش و سایر تجهیزات کمکی بود. در همان زمان، ابعاد کلی نصب کاملاً متوسط ​​بود: 2.6x3.0x10.8 متر.
برخی از پیشرفت ها در توسعه سلول های سوختی بزرگ توسط متخصصان ژاپنی به دست آمده است. کار پژوهشیدر اوایل سال 1972 در ژاپن شروع شد، اما پیشرفت قابل توجهی تنها در اواسط دهه 1990 حاصل شد. ماژول های پیل سوختی آزمایشی دارای توان 50 تا 1000 کیلووات بودند که 2/3 آنها با گاز طبیعی کار می کردند.
در سال 1994، یک کارخانه پیل سوختی 1 مگاواتی در ژاپن ساخته شد. با ضریب راندمان کل (با تولید بخار و آب گرم) معادل 71 درصد، تأسیسات دارای ضریب راندمان برای تأمین برق حداقل 36 درصد بود. از سال 1995، طبق گزارش های مطبوعاتی، یک نیروگاه پیل سوختی اسید فسفریک 11 مگاواتی در توکیو راه اندازی شده است و تا سال 2000 مجموع تولید پیل های سوختی به 40 مگاوات رسید.

تمامی تاسیسات ذکر شده در بالا به کلاس صنعتی تعلق دارند. توسعه دهندگان آنها دائماً در تلاش هستند تا قدرت واحدها را به منظور بهبود ویژگی های هزینه (هزینه های خاص به ازای هر کیلووات ظرفیت نصب شده و هزینه برق تولیدی) افزایش دهند. اما چندین شرکت وجود دارند که هدف متفاوتی را تعیین می کنند: توسعه ساده ترین تاسیسات برای مصرف داخلی، از جمله منابع تغذیه فردی. و در این زمینه دستاوردهای قابل توجهی وجود دارد:

• Plug Power LLC یک واحد پیل سوختی 7 کیلوواتی را برای تامین انرژی خانه توسعه داد.
• H Power Corporation شارژرهای باتری 50 تا 100 واتی را تولید می کند که در حمل و نقل استفاده می شوند.
• شرکت کارآموز. Fuel Cells LLC خودروهای 50-300W و منابع تغذیه شخصی تولید می کند.
• شرکت Analytic Power منبع تغذیه شخصی 150 واتی برای ارتش ایالات متحده و همچنین منبع تغذیه خانگی 3 تا 10 کیلوواتی سلول سوختی ایجاد کرده است.

مزایای پیل‌های سوختی که شرکت‌های متعددی را به سرمایه‌گذاری هنگفت در توسعه خود تشویق می‌کند چیست؟
جدا از قابلیت اطمینان بالاژنراتورهای الکتروشیمیایی دارای ضریب راندمان بالایی هستند که آنها را از نیروگاه های توربین بخار و حتی از نیروگاه هایی با توربین های گازی چرخه ساده متمایز می کند. مزیت مهم پیل های سوختی سهولت استفاده از آنها به عنوان منابع انرژی پراکنده است: طراحی مدولاربه شما این امکان را می دهد که هر تعداد سلول جداگانه را به صورت سری وصل کنید تا باتری را تشکیل دهید - یک کیفیت ایده آل برای افزایش قدرت.

اما مهمترین استدلال به نفع پیل های سوختی عملکرد زیست محیطی آنهاست. انتشار گازهای گلخانه ای NOX و CO از این تاسیسات به قدری کم است که به عنوان مثال، مقامات کیفیت هوای شهرستان در مناطق (جایی که مقررات کنترل محیطی در ایالات متحده سختگیرانه ترین هستند) حتی به این تجهیزات در همه الزامات مربوط به حفاظت اشاره نمی کنند. از جو

متأسفانه مزایای بی شمار پیل های سوختی در حال حاضر نمی تواند از آنها بیشتر باشد. تنها ایراد- هزینه بالا برای مثال در ایالات متحده آمریکا، هزینه های سرمایه ای خاص برای ساخت نیروگاه، حتی با رقابتی ترین پیل های سوختی، تقریباً 3500 دلار در کیلووات است. اگرچه دولت یارانه 1000 دلاری به ازای هر کیلووات ساعت برای تحریک تقاضا برای این فناوری ارائه می دهد، هزینه ساخت چنین تاسیساتی همچنان بسیار بالا است. به خصوص در مقایسه با هزینه های سرمایه ای برای ساخت یک مینی-CHP با توربین های گازی یا موتورهای احتراق داخلی در محدوده توان مگاوات، که تقریباً 500 دلار در کیلووات است.

در سال های اخیر، پیشرفت هایی در کاهش هزینه های تاسیسات FC صورت گرفته است. ساخت نیروگاه با پیل سوختی بر پایه اسید فسفریک با ظرفیت 0.2-1.0 مگاوات که در بالا ذکر شد، 1700 دلار / کیلووات هزینه داشت. هزینه تولید انرژی در چنین تاسیساتی در آلمان، زمانی که برای 6000 ساعت در سال استفاده می شود، 7.5-10 سنت / کیلووات ساعت محاسبه می شود. نیروگاه 200 کیلوواتی PC25 که توسط Hessische EAG (دارمشتات) اداره می شود نیز عملکرد اقتصادی خوبی دارد: هزینه برق شامل استهلاک، سوخت و هزینه های تعمیر و نگهداری نیروگاه، در مجموع 15 سنت در کیلووات ساعت است. همین شاخص برای TPP های زغال سنگ قهوه ای 5.6 سنت بر کیلووات ساعت در شرکت برق، 4.7 سنت بر کیلووات ساعت در زغال سنگ سخت، 4.7 سنت در کیلووات ساعت برای نیروگاه های سیکل ترکیبی و نیروگاه های دیزلی- 10.3 سنت / کیلووات ساعت.

ساخت یک نیروگاه پیل سوختی بزرگتر (N=1564 کیلووات)، که از سال 1997 در کلن فعالیت می کرد، به هزینه های سرمایه ای خاص 1500-1750 USD/kW نیاز داشت، اما هزینه پیل های سوختی واقعی تنها 400 USD/kW بود.

همه موارد فوق نشان می دهد که سلول های سوختی نوع امیدوار کننده ای از تجهیزات تولید انرژی برای هر دو صنعت و تاسیسات مستقل در بخش داخلی هستند. راندمان بالای استفاده از گاز و عملکرد عالی محیطی دلیلی برای این باور است که پس از تصمیم گیری مهمترین وظیفه- کاهش هزینه - این نوع تجهیزات برق مورد تقاضا در بازار خواهد بود سیستم های خودمختارمنبع تغذیه و گرما.

هیچ کس از پنل های خورشیدی یا آسیاب های بادی که در تمام مناطق جهان برق تولید می کنند شگفت زده نمی شود. اما خروجی از این دستگاه‌ها ثابت نیست و لازم است در دوره‌ای که تأسیسات انرژی‌های تجدیدپذیر برق تولید نمی‌کنند، منابع برق پشتیبان نصب شوند، یا برای دریافت برق به شبکه متصل شوند. با این حال، کارخانه‌هایی وجود دارند که در قرن نوزدهم توسعه یافته‌اند که از سوخت‌های «جایگزین» برای تولید برق استفاده می‌کنند، یعنی گاز یا فرآورده‌های نفتی را نمی‌سوزانند. چنین تاسیساتی پیل سوختی هستند.

تاریخچه آفرینش

سلول های سوختی (FC) یا پیل های سوختی در اوایل سال های 1838-1839 توسط ویلیام گرو (Grow, Grove) زمانی که او در حال مطالعه الکترولیز آب بود، کشف شد.

مرجع: الکترولیز آب فرآیند تجزیه آب تحت اثر جریان الکتریکی به مولکول های هیدروژن و اکسیژن است.

با جدا کردن باتری از سلول الکترولیتی، او با شگفتی متوجه شد که الکترودها شروع به جذب گاز آزاد شده و تولید جریان کردند. کشف فرآیند الکتروشیمیایی احتراق "سرد" هیدروژن به یک رویداد مهم در صنعت انرژی تبدیل شده است. بعداً او جمع کننده Grove را ایجاد کرد. این دستگاه دارای یک الکترود پلاتین غوطه ور در اسید نیتریک و یک الکترود روی در سولفات روی بود. جریان 12 آمپر و ولتاژ 8 ولت تولید می کرد. خود رشد به نام این ساخت و ساز "باتری خیس". سپس با استفاده از دو الکترود پلاتین یک باتری ساخت. یک سر هر الکترود در اسید سولفوریک بود، در حالی که انتهای دیگر در ظروف هیدروژن و اکسیژن مهر و موم شده بود. جریان ثابتی بین الکترودها وجود داشت و مقدار آب داخل ظروف افزایش یافت. Grow توانسته آب موجود در این دستگاه را تجزیه و بهبود بخشد.

"باتری رشد"

(منبع: انجمن سلطنتی موزه ملی تاریخ طبیعی)

اصطلاح پیل سوختی (به انگلیسی Fuel Cell) تنها در سال 1889 توسط L. Mond و
Ch. Langer که سعی در ایجاد دستگاهی برای تولید برق از هوا و گاز زغال سنگ داشت.

چگونه کار می کند؟

پیل سوختی وسیله ای نسبتاً ساده است. دارای دو الکترود است: یک آند (الکترود منفی) و یک کاتد (الکترود مثبت). یک واکنش شیمیایی روی الکترودها انجام می شود. برای سرعت بخشیدن به آن، سطح الکترودها با یک کاتالیزور پوشانده می شود. سلول های سوختی به یک عنصر دیگر مجهز شده اند - یک غشاءتبدیل انرژی شیمیایی سوخت به طور مستقیم به الکتریسیته به دلیل کار غشاء اتفاق می افتد. دو محفظه عنصری را که در آن سوخت و اکسید کننده تامین می شود جدا می کند. غشاء تنها به پروتون ها اجازه می دهد که در نتیجه تقسیم سوخت به دست می آیند، از یک محفظه به محفظه دیگر بر روی الکترودی که با یک کاتالیزور پوشانده شده است عبور کنند (سپس الکترون ها از مدار خارجی عبور می کنند). در محفظه دوم، پروتون ها با الکترون ها (و اتم های اکسیژن) ترکیب می شوند و آب را تشکیل می دهند.

اصل کار پیل سوختی هیدروژنی

در سطح شیمیایی، فرآیند تبدیل انرژی سوخت به انرژی الکتریکی شبیه به فرآیند معمول احتراق (اکسیداسیون) است.

در طی احتراق طبیعی در اکسیژن، سوخت آلی اکسید می شود و انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرارتی تبدیل می شود. بیایید ببینیم وقتی هیدروژن توسط اکسیژن در یک محیط الکترولیت و در حضور الکترودها اکسید می شود چه اتفاقی می افتد.

با تامین هیدروژن به یک الکترود واقع در یک محیط قلیایی، یک واکنش شیمیایی انجام می شود:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

همانطور که می بینید، الکترون هایی دریافت می کنیم که با عبور از مدار خارجی وارد الکترود مقابل می شوند که اکسیژن به آن وارد می شود و واکنش در کجا انجام می شود:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

مشاهده می شود که واکنش حاصله 2H 2 + O 2 → H 2 O مانند احتراق معمولی است، اما پیل سوختی برق و مقداری گرما تولید می کند.

انواع پیل های سوختی

FC بر اساس نوع الکترولیت مورد استفاده برای واکنش طبقه بندی می شود:

لازم به ذکر است که از زغال سنگ، مونوکسید کربن، الکل ها، هیدرازین و سایر مواد آلی نیز می توان به عنوان سوخت در پیل های سوختی استفاده کرد و از هوا، پراکسید هیدروژن، کلر، برم، اسید نیتریک و ... می توان به عنوان اکسید کننده استفاده کرد.

کارایی پیل سوختی

یکی از ویژگی های پیل های سوختی این است بدون محدودیت سخت در کاراییمانند یک موتور حرارتی

کمک: کاراییچرخه کارنو حداکثر بازده ممکن در بین تمام موتورهای حرارتی با حداقل و حداکثر دما یکسان است.

بنابراین بازده پیل های سوختی در تئوری می تواند بالاتر از 100 درصد باشد. بسیاری لبخند زدند و فکر کردند: "ماشین حرکت دائمی اختراع شده است." نه، ارزش بازگشت به درس شیمی مدرسه را دارد. پیل سوختی مبتنی بر تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است. اینجاست که معجزه اتفاق می افتد. برخی از واکنش های شیمیایی در این فرآیند می توانند گرما را از محیط جذب کنند.

مرجع: واکنش های گرماگیر، واکنش های شیمیایی هستند که با جذب گرما همراه هستند. برای واکنش های گرماگیر، تغییر آنتالپی و انرژی داخلی دارای مقادیر مثبت هستند (Δاچ >0, Δ U > 0)، بنابراین، محصولات واکنش حاوی انرژی بیشتری نسبت به اجزای اصلی هستند.

نمونه ای از چنین واکنشی اکسیداسیون هیدروژن است که در بیشتر پیل های سوختی استفاده می شود. بنابراین، از نظر تئوری، راندمان می تواند بیش از 100٪ باشد. اما امروزه پیل های سوختی در حین کار گرم می شوند و نمی توانند گرما را از محیط جذب کنند.

مرجع: این محدودیت توسط قانون دوم ترمودینامیک اعمال می شود. فرآیند انتقال گرما از یک جسم "سرد" به یک "گرم" امکان پذیر نیست.

بعلاوه، تلفات مرتبط با فرآیندهای غیرتعادلی وجود دارد. مانند: تلفات اهمی ناشی از رسانایی خاص الکترولیت و الکترودها، قطبش فعال سازی و غلظت، تلفات انتشار. در نتیجه بخشی از انرژی تولید شده در پیل های سوختی به گرما تبدیل می شود. بنابراین پیل‌های سوختی ماشین‌های حرکت دائمی نیستند و راندمان آن‌ها کمتر از 100 درصد است. اما کارایی آنها بیشتر از ماشین های دیگر است. امروز راندمان پیل سوختی به 80 درصد می رسد.

ارجاع:در دهه چهل، مهندس انگلیسی تی بیکن یک باتری پیل سوختی با قدرت کلی 6 کیلو وات و بازده 80 درصد طراحی و ساخت که با هیدروژن و اکسیژن خالص کار می کرد، اما نسبت قدرت به وزن باتری تغییر کرد. خیلی کوچک بودند - چنین سلول هایی برای استفاده عملی نامناسب و بسیار گران بودند (منبع: http://www.powerinfo.ru/).

مسائل پیل سوختی

تقریباً همه پیل های سوختی از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می کنند، بنابراین سؤال منطقی این است: "از کجا می توانم آن را تهیه کنم؟"

به نظر می رسد که یک پیل سوختی در نتیجه الکترولیز کشف شده است، بنابراین می توانید از هیدروژن آزاد شده در نتیجه الکترولیز استفاده کنید. اما بیایید نگاهی دقیق تر به این روند بیندازیم.

طبق قانون فارادی: مقدار ماده ای که در آند اکسید می شود یا در کاتد کاهش می یابد، متناسب با مقدار الکتریسیته ای است که از الکترولیت عبور کرده است. این بدان معناست که برای دریافت هیدروژن بیشتر، باید برق بیشتری خرج کنید. روش های موجود الکترولیز آب با راندمان کمتر از واحد اجرا می شود. سپس از هیدروژن حاصل در پیل های سوختی استفاده می کنیم که راندمان آن نیز کمتر از واحد است. بنابراین، ما بیش از آنچه که بتوانیم تولید کنیم، انرژی مصرف خواهیم کرد.

البته می توان از هیدروژن حاصل از گاز طبیعی نیز استفاده کرد. این روش تولید هیدروژن ارزان ترین و محبوب ترین است. در حال حاضر حدود 50 درصد از هیدروژن تولید شده در سراسر جهان از گاز طبیعی به دست می آید. اما مشکلی در ذخیره سازی و حمل و نقل هیدروژن وجود دارد. هیدروژن چگالی کمی دارد ( یک لیتر هیدروژن 0.0846 گرم وزن دارد) بنابراین برای انتقال آن در فواصل طولانی باید فشرده شود. و این هزینه اضافی انرژی و نقدی است. همچنین ایمنی را فراموش نکنید.

با این حال، یک راه حل نیز در اینجا وجود دارد - می توان از سوخت هیدروکربن مایع به عنوان منبع هیدروژن استفاده کرد. مثلا اتیل یا متیل الکل. درست است، آن را در حال حاضر نیاز به ویژه دستگاه اضافی- مبدل سوخت، در دمای بالا (برای متانول حدود 240 درجه سانتیگراد خواهد بود) الکل ها را به مخلوطی از گاز H2 و CO2 تبدیل می کند. اما در این مورد فکر کردن در مورد قابل حمل بودن دشوارتر است - چنین دستگاه هایی برای استفاده به عنوان ثابت یا ثابت خوب هستند دینام خودرو، اما برای تجهیزات جمع و جور سیار به چیزی کمتر حجیم نیاز دارید.

کاتالیزور

برای تقویت واکنش در یک پیل سوختی، سطح آند معمولاً یک کاتالیزور است. تا همین اواخر، پلاتین به عنوان کاتالیزور استفاده می شد. بنابراین هزینه پیل سوختی بالا بود. ثانیا، پلاتین یک فلز نسبتا کمیاب است. به گفته کارشناسان، در تولید صنعتی پیل های سوختی، ذخایر اکتشاف شده پلاتین در 15 تا 20 سال آینده تمام می شود. اما دانشمندان در سراسر جهان در تلاشند تا پلاتین را با مواد دیگری جایگزین کنند. به هر حال، برخی از آنها به نتایج خوبی دست یافتند. بنابراین دانشمندان چینی پلاتین را با اکسید کلسیم جایگزین کردند (منبع: www.cheburek.net).

استفاده از پیل های سوختی

برای اولین بار، یک سلول سوختی در فناوری خودرو در سال 1959 آزمایش شد. تراکتور Alice-Chambers از 1008 باتری برای کار استفاده می کرد. سوخت مخلوطی از گازها، عمدتا پروپان و اکسیژن بود.

منبع: http://www.planetseed.com/

از اواسط دهه 60، در اوج "مسابقه فضایی"، سازندگان فضاپیماها به سلول های سوختی علاقه مند شدند. کار هزاران دانشمند و مهندس امکان رسیدن به سطح جدیدی را فراهم کرد و در سال 1965م. سلول های سوختی در ایالات متحده در فضاپیمای جمینی 5 و بعداً در فضاپیمای آپولو برای پرواز به ماه و تحت برنامه شاتل آزمایش شدند. در اتحاد جماهیر شوروی، سلول های سوختی در NPO Kvant توسعه یافتند، همچنین برای استفاده در فضا (منبع: http://www.powerinfo.ru/).

از آنجایی که محصول نهایی احتراق هیدروژن در یک پیل سوختی آب است، از نظر اثرات زیست محیطی پاک ترین آنها محسوب می شوند. بنابراین، سلول‌های سوختی محبوبیت خود را در پس زمینه علاقه عمومی به اکولوژی به دست آوردند.

در حال حاضر، خودروسازان مانند هوندا، فورد، نیسان و مرسدس بنز خودروهایی با سلول های سوختی هیدروژنی ساخته اند.

مرسدس بنز - Ener-G-Force با نیروی هیدروژن

هنگام استفاده از خودروها بر روی هیدروژن، مشکل ذخیره سازی هیدروژن حل می شود. ساخت ایستگاه های سوخت هیدروژن امکان سوخت گیری در هر مکانی را فراهم می کند. علاوه بر این، پر کردن یک ماشین با هیدروژن سریعتر از شارژ یک ماشین الکتریکی در پمپ بنزین است. اما هنگام اجرای چنین پروژه هایی با مشکلی مانند خودروهای برقی مواجه شدند. اگر زیرساختی برای آنها وجود داشته باشد، مردم آماده "انتقال" به یک ماشین هیدروژنی هستند. و در صورت وجود تعداد مصرف کننده کافی ساخت پمپ بنزین ها آغاز خواهد شد. بنابراین، دوباره به معضل تخم مرغ و مرغ رسیدیم.

سلول های سوختی به طور گسترده ای در تلفن های همراه و لپ تاپ استفاده می شود. روزهایی که گوشی هفته ای یک بار شارژ می شد، گذشته است. الان گوشی تقریبا هر روز شارژ میشه و لپ تاپ 3-4 ساعت بدون شبکه کار میکنه. بنابراین، سازندگان فناوری موبایل تصمیم گرفتند یک سلول سوختی را با تلفن و لپ تاپ برای شارژ و کار ترکیب کنند. به عنوان مثال، توشیبا در سال 2003 نمونه اولیه یک پیل سوختی متانول را نشان داد. توانی در حدود 100mW می دهد. یک بار 2 مکعب متانول غلیظ (99.5%) برای 20 ساعت کارکرد MP3 Player کافی است. دوباره همان "توشیبا" یک منبع تغذیه لپ تاپ 275x75x40 میلی متری را نشان داد که به کامپیوتر اجازه می دهد تا 5 ساعت با یک بار شارژ کار کند.

اما برخی از تولیدکنندگان پا را فراتر گذاشته اند. PowerTrekk شارژری به همین نام منتشر کرده است. PowerTrekk اولین شارژر آب در جهان است. استفاده از آن بسیار آسان است. PowerTrekk برای تامین برق فوری از طریق کابل USB نیاز به اضافه کردن آب دارد. این پیل سوختی حاوی پودر سیلیکون و سیلیسید سدیم (NaSi) است که با آب مخلوط شود، این ترکیب هیدروژن تولید می کند. هیدروژن با هوا در خود پیل سوختی مخلوط می شود و هیدروژن را از طریق تبادل پروتون غشایی خود بدون فن یا پمپ به الکتریسیته تبدیل می کند. شما می توانید چنین شارژر قابل حملی را با قیمت 149 یورو بخرید (