تحقیق در مورد پیل سوختی

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه45

فهرست مطالب

تاریخچه پیل سوختی پیل سوختی چیست؟ مشخصات عمومی پیل های سوختی یا فیولسل هانقش الکترولیت در پیل سوختیانواع پیلهای سوختی کدامند؟ مزایای پیل سوختی چیست؟ چه سوختهایی می‎توانند در پیلهای سوختی بکار روند؟کاربردهای پیل سوختی چیست؟قیمت پیلهای سوختی چقدر است؟آیا می‎توان از پیلهای سوختی برای انرژی مصرفی منازل استفاده نمود؟ روشهای تولید پیل سوختیسوخت تازه برای پیل های سوختی ساخت پیل سوختی با نیروی باکتریکاربردهای پیل سوختی نیروگاهییکی دیگر از انگیزه های وسوه برانگیز بکارگیری پیل سوختی"هیدروژن 3 اوپل" دونده دو ماراتن، قهرمان مسابقات رالیسکوئل جنرال موتورز فناوری های مصرف هیدروژن - پیل سوختی Hydrogen & fuel cellبهبود کارایی پیل‌های سوختی با الکترولیت‌های پلیمریتأمین انرژی پیل های سوختی مبتنیهیدروژن, سوخت مصرفی پیل هاروشهای تهیه هیدروژن پیل سوختی اسید فسفوریک (PAFN) کاربرد های پیل های سوختی اسید فسفریککاربردهای پیل های سوختی درکشورهای مختلفنخستین‎‎ خودروهای‎ پیل‎ سوختی‎در ایران نانو بیوتکنولوژینحوه تولید برق در پیل سوختیکاربردهای پیل سوختی فضاییپیل سوختی به جای باتری

تاریخچه پیل سوختی

اگر چه پیل‌سوختی به تازگی به عنوان یکی از راهکارهای تولید انرژی الکتریکی مطرح شده است ولی تاریخچه آن به قرن نوزدهم و کار 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.

   

William grove

واژه "پیل‌سوختی" در سال 1889 توسط لودویک مند و چارلز لنجر به کار 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 بیکن از دانشگاه کمبریج انجام شد. او در سال 1932 بر روی ماشین ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسیاری انجام داد. این اصلاحات شامل جایگزینی کاتالیست گرانقیمت پلاتین با نیکل و همچنین استفاده از هیدروکسیدپتاسیم قلیایی به جای اسید سولفوریک به دلیل مزیت عدم خورندگی آن می‌باشد. این اختراع که اولین پیل‌سوختی قلیایی بود، “Bacon Cell” نامیده شد. او 27 سال تحقیقات خود را ادامه داد تا توانست یک پیل‌سوختی کامل وکارا ارائه نماید. بیکون در سال 1959 پیل‌سوختی با توان 5 کیلووات را تولید نمود که می‌توانست نیروی محرکه یک دستگاه جوشکاری 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. مرکز 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 ریسک بالا) پیل‌سوختی را انتخاب نمود.

تحقیقات در این زمینه به ساخت پیل‌سوختی پلیمری توسط شرکت جنرال الکتریک منجر شد. ایالات متحده فن‌آوری پیل سوختی را در برنامه فضایی Gemini استفاده نمود که اولین کاربرد تجاری پیل‌سوختی بود.

پیل سوختی چیست؟

پیل سوختی مانند یک باطری کار می کند اما بر خلاف باطری مادامی که به آن سوخت رسانده شود، از کار نمی افتد و به شارژ مجدد احتیاج ندارد و انرژی را بصورت الکتریسیته و گرما تولید خواهد کرد.پیلهای سوختی ابزارهای الکتروشیمیایی هستند که انرژی شیمیایی یک واکنش را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند . ساختار فیزیکی و بنیادی یا مصالح ساختمانی پیل سوختی از یک لایه الکترولیت تشکیل شده که با یک کاتد و آند منفذ دار در هر طرف در تماس است.

یک سیستم پیل سوختی شامل یک Fuel Reformer می تواند هیدروژن را از یک سوخت هیدروکربنی مانند گاز طبیعی،متانول و حتی بنزین تهیه کند. چون پیل سوختی بر اساس شیمی کار می کند نه احتراق، خروجیهای چنین سیستمی خیلی کمتر از تمیزترین فرایندهای احتراق سوختی می باشد.

در یک پیل سوختی معمولی سوختهای گازی به طور پیوسته به قطعه آند (الکترود منفی) و یک اکساینده (مثلا اکسیژن هوا) به قطعه کاتد (الکترود مثبت) مرتبا خورانده میشود.واکنشهای الکتروشیمیایی در الکترودها رخ می دهد تا جریان الکتریکی تولید کند. هر چند پیل سوختی اجزا و خصوصیاتی شبیه به باتری معمولی دارد اما از چند جهت متفاوت است. باتری ابزار ذخیره انرژی است. بیشترین انرژی موجود توسط مقدار واکنش دهنده های شیمیایی ذخیره شده درون خود باتری تعیین می گردد. باتری تولید انرژی الکتریکی را متوقف خواهد کرد وقتیکه واکنش دهنده های شیمیایی مصرف (تخلیه) شوند. در باتری نوع دوم واکنش دهنده ها توسط شارژ مجدد دوباره تولید میشوند که شامل دادن انرژی به باتری از یک منبع خارجی است. از طرف دیگر پیل سوختی ابزار تبدیل انرژی است که به لحاظ تئوری در طول مدتی که سوخت و اکساینده برای الکترودها فراهم میشوند توانایی تولید انرژی الکتریکی را دارد. شکل 1-2 نمودار ساده شده ایست که چگونگی کارکرد پیل سوختی را نشان می دهد. در واقع فساد و اساسا خوردگی و یا خرابی اجزا عمر مفید پیلهای سوختی را محدود میکند.

قابل ذکر است که فلز یون و مسیر انتقال آن با تاثیر بر مکان تولید و انتقال آب می تواند اثر مستقیم را متفاوت کند. یون می تواند مثبت یا منفی باشد به این معنی که یون بار منفی یا مثبت (مازاد یا کمبود الکترون) را حمل میکند. گازهای اکساینده یا سوخت از سطح آند و کاتد مخالف الکترولیت جریان می یابد و بوسیله اکسیداسیون الکتروشیمیایی سوخت معمولا هیدروژن و کاهش الکتروشیمیایی اکساینده معمولا اکسیژن انرژی الکتریکی تولید می گردد.

اپلبی و فولکس (1) یادآور شده اند که در تئوری هر ماده ای که بتواند اکسیداسیون شیمیایی انجام دهد و بتواند بطور پیوسته (بصورت سیال) ذخیره گردد می تواند بطور محرک بصورت سوخت