پشته های سلول سوختی

پشته ها و مجموعه های پیل سوختی از سلول های سوختی منفرد تشکیل شده اند که یا به صورت سری برای ایجاد ولتاژ قابل استفاده بالاتر یا به صورت موازی برای ایجاد جریان قابل استفاده بالاتر ترکیب می شوند. هر سلول در پشته، انرژی شیمیایی یک سوخت مایع یا گازی را با یک اکسید کننده مانند هوا به برق تبدیل می کند.

انواع پشته ها و مجموعه های پیل سوختی

پشته های پیل سوختی توسط الکترولیت پیل سوختی، یک ماده رسانای یونی که بین الکترود سوخت (آند) و الکترود اکسیدان (کاتد) استفاده می شود، طبقه بندی می شوند. این مواد شامل غشای الکترولیت پلیمری، متانول مستقیم، قلیایی، اسید فسفریک، کربنات مذاب و اکسید جامد است. نوع الکترولیت دمای عملیاتی، اندازه پشته معمولی و کارایی پیل های سوختی در پشته را تعیین می کند.

• غشای الکترولیت پلیمری (PEM) یا سلول های سوختی غشای تبادل پروتون از هیدروژن به عنوان سوخت و از پلیمر جامد به عنوان الکترولیت استفاده می کنند. آنها به یک کاتالیزور گران‌تر (معمولا پلاتین) نیاز دارند و به کاربردهای در دمای پایین محدود می‌شوند. مزایا عبارتند از زمان راه اندازی سریع، حساسیت کم به جهت گیری، و نسبت توان به وزن مطلوب، که آنها را در کاربردهای خودرو مطلوب می کند. مانع این سلول های سوختی ذخیره هیدروژن است، زیرا هیدروژن با چگالی کم انرژی را نمی توان در مقادیر انرژی در مقایسه با بنزین یا سایر سوخت های فسیلی ذخیره کرد.

• سلول های سوختی متانول مستقیم (DMFC) از متانول مایع خالص به عنوان الکترولیت استفاده می کنند. تبدیل سوخت سوخت های غنی از هیدروژن در خود سیستم سلولی صورت می گیرد. از آنجایی که متانول چگالی انرژی بالاتری نسبت به هیدروژن دارد، مشکلات ذخیره سازی و حمل و نقل سوخت رایج در سایر پیل های سوختی که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می کنند وجود ندارد. فن آوری DMFC سال ها از سایر پیل های سوختی عقب تر است، اما سلول ها را کارآمدتر می کند.

• سلول های سوختی قلیایی (AFC) از محلول هیدروکسید پتاسیم در آب به عنوان الکترولیت استفاده می کنند. پشته های AFC می توانند تا 8000 ساعت کار کنند، اما فاقد دوام مواد برای برنامه های طولانی تر هستند. به همین دلیل، سلول های قلیایی فاقد قابلیت اقتصادی برای کاربردهای در مقیاس بزرگ هستند. برخی از محصولات جدیدتر هم برای استفاده در دمای پایین و هم برای استفاده در دمای بالا مناسب هستند.

• پیل های سوختی اسید فسفریک (PAFC) از اسید فسفریک به عنوان الکترولیت استفاده می کنند. از آنجایی که آنها ناخالصی ها را به خوبی کنترل می کنند، PAFC ها برای استفاده از سوخت های فسیلی تبدیل شده مناسب هستند، زمانی که سلول های دیگر ممکن است توسط مونوکسید کربن آسیب ببینند. آنها می توانند پرهزینه باشند زیرا به پلاتین به عنوان کاتالیزور نیاز دارند و زمانی که در نیروگاه های تولید همزمان (گرمایش و برق) استفاده نمی شوند کارایی کمتری دارند. آنها همچنین بزرگتر و سنگین تر از سایر پیل های سوختی هستند.

• سلول‌های سوختی کربنات مذاب (MCFC) دارای الکترولیت هستند که از مخلوط نمک کربنات مذاب تشکیل شده است که در یک ماتریس اکسید لیتیوم-اکسید سرامیکی متخلخل و از نظر شیمیایی بی‌اثر است. آنها در دمای بالای 1200 درجه فارنهایت و بالاتر کار می کنند و برای تبدیل سوخت نیازی به اصلاح کننده خارجی ندارند، این واقعیت به کاهش هزینه ها کمک می کند. آنها حتی می توانند از اکسیدهای کربن به عنوان سوخت استفاده کنند. پشته های سوخت MCFC به دلیل دمای بالای عملیاتی و الکترولیت خورنده مورد استفاده، مستعد خوردگی هستند. این امر تجزیه اجزا را تسریع می کند و به طور قابل توجهی عمر سلولی را کاهش می دهد.

• سلول های سوختی اکسید جامد از یک ترکیب سرامیکی سخت و غیر متخلخل به عنوان الکترولیت استفاده می کنند. SOFC ها می توانند در دماهای بسیار بالا کار کنند، اما به محافظ حرارتی نیاز دارند. از آنجایی که آنها به فلز گرانبها به عنوان کاتالیزور نیاز ندارند، معمولا هزینه کمتری دارند. این نوع پیل سوختی همچنین مقاوم ترین در برابر گوگرد است، این واقعیت که پشته های سوخت SOFC را برای استفاده با گازهای مبتنی بر زغال سنگ مناسب می کند.

منابع

EERE - انواع پیل های سوختی

HowStuffWorks - سلول های سوختی چگونه کار می کنند

منبع:globalspec