عملکرد و کاربرد سلول سوختی برای تولید انرژی پاک

کاربرد سلول سوختی چیست؟ در این مطلب می خواهیم تمام اطلاعات مهمی که درباره ی سلول سوختی باید بدانید را به شما بگوییم .پیل سوختی جهت تولید پاک و کارآمد الکتریسیته از انرژی شیمیایی هیدروژن و سایر سوخت ها استفاده می کند.

سلول سوختی کاربردهای متنوع و ممتازی را ارائه می دهد. طیف گسترده ای از سوخت و مواد اولیه را در آن می توان استفاده کرد و بدین واسطه برق سیستم های بزرگی نظیر نیروگاه ها، یا قطعات الکترونیکی کوچک را فراهم می آورد. این فناوری در مقایسه با فناوری های مبتنی بر احتراق معمولی برتری دارد. راندمان بالاتر و بازدهی بیشتر از جمله این مزایا به حساب می آیند.

با توجه به گستردگی کاربرد سلول سوختی مصارف اساسی آن در حوزه هایی اعم از حمل و نقل، ساختمان های صنعتی، تجاری، مسکونی و ذخیره طولانی مدت انرژی برای شبکه سیستم های برگشت پذیر مطرح است.

پیل سوختی چیست و چه مزایایی دارد؟

این وسیله به جای احتراق، از طریق واکنش الکتروشیمیایی برق ایجاد می کند. در یک سلول سوختی، هیدروژن و اکسیژن به منظور ایجاد برق، گرما و آب ترکیب می شوند. در اماکنی اعم از خانه ها، مشاغل، بیمارستان ها، فروشگاه مواد غذایی، مراکز انتقال داده و جابجایی وسایل نقلیه مانند اتوبوس، کامیون و غیره از این فناوری بهره می گیرند.

سیستم های پیل سوختی منبعی پاک، قابل اطمینان و بی صدا برای انرژی محسوب می گردند. تا زمانی که منبع سوختی در دسترس این سیستم باشد، به تولید برق ادامه می دهد.

پیل های سوختی در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی که در حال حاضر با راندمان حدود 25 درصد و نیروگاه ها با حدود 35 درصد کار می کنند، می توانند بیش از 80 درصد راندمان داشته باشند. این افزایش بسیار زیادی در بهره وری است و نشان می دهد که نیرویی که وارد می شود انرژی بسیار بیشتری ایجاد می کند.

کاربرد سلول سوختی

همانطور که از قبل اشاره کردیم کاربرد های پیل سوختی بسیار است پیل سوختی در اتوبوس ها، قطارها ،وسایل نقلیه ،هواپیماها، تولید برق پشتیبان،  تولید برق موبایل و … کاربرد دارند.در ادامه 4 مورد از کاربردهای پیل سوختی یا همان سلول سوختی را برای شما عزیزان توضیح داده ایم.

 برق قابل حمل

سلول های سوختی منابع انرژی سبک، بادوام و قابل جابجایی هستند و مدت زمان استفاده از دستگاه را بدون شارژ مجدد افزایش می دهند. باتری های شارژی به سبب وزن بالا برای کاربردهای الکترونیکی پرتابل و نظامی مناسب نیستند و نیازهای برق را برآورده نمی کنند. برخی از مصارف اساسی پیل سوختی قابل حمل شامل لپ تاپ، تلفن همراه، ابزار برقی، تجهیزات نظامی، شارژ باتری، سنسورهای بدون مراقبت، وسایل نقلیه هوایی و زیرآبی بدون سرنشین می باشد. برخلاف باتری شارژی، سلول سوختی به تامین مداوم سوخت نیاز دارد. برخی سوخت های رایج برای این تجهیزات عبارتند از: هیدریدهای فلزی، متانول، اسید فرمیک، اتانول و هیدروژن.

بهتر است بدانید پیل سوختی متانولی (  Methanol Fuel Cell ) زیرمجموعه‌ای از پیل‌های سوختی مبادله پروتون هست که در آن از متانول به عنوان سوخت استفاده می‌شود. مزیت اصلی اینها , راحتی حمل و نقل متانول است.

برای اطلاع از خرید و قیمت متانول روی عکس زیر یا روی لینک رنگ کلیک کنید.

 

برق پشتیبان

دیگر کاربرد سلول سوختی پشتیبانی از منبع تغذیه اولیه می باشد. انواع مختلفی از سلول های سوختی جهت پشتیبانی به کار می روند. این مدل اغلب با سوخت هیدروژن عمل می کند. پیل سوختی PEM با سوخت هیدروژن فشرده، محبوب ترین نوع برای کاربردهای پشتیبانی است.

برنامه های حمل و نقل

این فناوری را می توان برای بسیاری از کاربردهای حمل و نقل از جمله اتومبیل، اتوبوس، اسکوتر و غیره استفاده کرد.

برق ثابت

از بیست سال پیش تا کنون از سلول سوختی برای برق ثابت به صورت تجاری بهره می برند. تفاوت اصلی این سیستم ها در نوع سلول، نوع سوخت، گرمایش و سرمایش مجموعه پیل ها می باشد. از سلول سوختی ثابت به عنوان منبع برق اولیه می توان کمک گرفت. در سیستم های نیروی هیبریدی جهت تولید نیروی اولیه یا ثانویه، امکان اتصال سلول های سوختی به فتوولتائیک ها، باتری ها، خازن ها یا توربین های بادی وجود دارد.

عملکرد پیل سوختی

این تجهیزات همچون باتری عمل می کنند، از دیگر سو نیازی به شارژ مجدد ندارند و تا زمانی که سوخت فراهم باشد، تولید برق و گرما ادامه می یابد. هر پیل سوختی متشکل از دو الکترود منفی (آند) و مثبت (کاتد) و الکترولیت می باشد. سوخت (مثلا هیدروژن) به آند و هوا به کاتد وارد می شوند.

کاتالیزور موجود در آند، پروتون ها و الکترون های مولکول هیدروژن را تفکیک کرده و بدین ترتیب هر جزء در مسیری متفاوت به سمت کاتد حرکت می کنند. الکترون ها با عبور از یک مدار خارجی، جریان الکتریسیته را تولید کرده و پروتون ها از طریق الکترولیت به کاتد می رسند و به اکسیژن و الکترون ها می پیوندند تا گرما و آب را حاصل آورند.

به سبب عدم وجود قطعات متحرک، عملکرد پیل های سوختی بدون صدا و با اطمینان بسیار بالا صورت می گیرد. یکی از مزیت های مفید این تجهیزات مقیاس پذیری آن می باشد. بنابراین امکان اتصال سلول های مجزا به هم برای سیستم های بزرگتر میسر شده است.

بیشتر بخوانید : خرید زایلین و کاربردهای آن بعنوان یک ماده ی شیمیایی خطرناک ولی پرکاربرد

 

انواع پیل سوختی

از دیگر مواردی که درباره ی این موضوع باید بدانید انوع پیل سوختی است که ما 7 نوع از پیل سوختی را برایتان معرفی کرده ایم و اطلاعات کوتاهی را برایتان جمع آوری کرده ایم .

سلول سوختی غشایی الکترولیت پلیمری

توان بالا، وزن و حجم کم از جمله مزایای این نوع است. در سلول های PEM از یک پلیمر جامد در جایگاه الکترولیت و الکترودهای کربن متخلخل دارای کاتالیزور پلاتین یا آلیاژ پلاتین استفاده می گردد. سوخت این قطعات معمولا هیدروژن خالص می باشد. این سلول در حمل و نقل و برق ثابت به کار می رود.

سلول سوختی متانولی مستقیم

این سلول ها توسط متانول خالص (اغلب مختلط با آب) تغذیه می شوند. سوخت مذکور به صورت مستقیم به آند سلول سوختی می رسد. به علت بالاتر بودن چگالی انرژی متانول در مقایسه با هیدروژن، مشکلات ذخیره سازی سوخت در این مدل برطرف شده است. DMFC ها برای تامین انرژی قابل حمل مانند لپ تاپ استفاده دارند.

سلول سوختی قلیایی

اولین مدل به کار رفته در برنامه فضایی ایالات متحده AFC ها هستند. الکترولیت آن محلول هیدروکسید پتاسیم (در آب) بوده و انواع فلزات کم ارزش به جای کاتالیزور آند و کاتد به کار می روند. چالش اصلی این نوع پیل سوختی، امکان مسمومیت با دی اکسید کربن می باشد.

پیل سوختی اسید فسفریک

الکترولیت این قطعات اسید فسفریک مایع است. PAFC نسل اول سلول های سوختی مدرن به شمار می آید. به منظور تولید برق ثابت و تامین انرژی وسایل نقلیه بزرگ مانند اتوبوس های شهری کاربرد دارد.

سلول سوختی کربنات مذاب

این سلول ها برای استفاده در در نیروگاه های گاز طبیعی و زغال سنگ جهت کاربردهای برق، صنعتی و نظامی در حال توسعه هستند. امکان بهره گیری از فلزات غیر گرانبها به عنوان آند و کاتد و همچنین بهبود راندمان منجر به کاهش هزینه ها در این نوع سلول سوختی شده است.

سلول سوختی اکسید جامد

SOFC ها در تبدیل سوخت به برق حدود 60% کارآمد بوده و راندمان کلی مصرف سوخت را تا 85% افزایش می دهند. این قطعات در دماهای بسیار زیاد تا ^oC 1000 کار می کنند.

پیل سوختی برگشت پذیر

سلول سوختی برگشت پذیر الکتریسیته را از هیدروژن و اکسیژن تولید کرده و مانند سایر پیل ها گرما و آب را به عنوان محصول ثانویه ایجاد می کند. این سلول ها قادرند در شرایط تولید نیروی زیاد از فناوری های دیگر، انرژی اضافی را به شکل هیدروژن ذخیره نمایند.

چگونگی ساخت سلول سوختی

در گام اول می بایست توان مورد نیاز برای تامین انرژی را تعیین کرد. پس از محاسبه توان، اجزاء اساسی پیل اعم از غشاء تبادل پروتون، لایه های پشتی الکترود، کاتالیزور صفحات فلوفیلد، واشر، کلکتورهای جریان و صفحات انتهایی را باید تهیه کرد.

به منظور بهینه سازی و نظارت بر خروجی مجموعه پیل سوختی اجزاء کمکی تعبیه می شوند. فناوری های مرطوب کننده و خنک کننده مجزا برای اطمینان از پایین ماندن دمای سیستم ضروری هستند. نکات بسیاری برای طراحی پیل سوختی وجود دارند. اولین مرحله پس از تهیه مواد لازم و اجزاء اصلی، آماده سازی غشاء الکترولیت پلیمری است. سپس در راستای آماده سازی لایه الکترود، مونتاژ الکترود غشایی، آب بندی پیل سوختی با واشر و اسپیسر گاز، مونتاژ مجموعه پیل و در نهایت تست پیل سوختی اقدام می شود.

سوالات متداول

• سلول سوختی در کجا کاربرد دارد؟

در اتوبوس ها، قطارها ،وسایل نقلیه ،هواپیماها، تولید برق پشتیبان،  تولید برق موبایل و … کاربرد دارند.

• مزایای پیل سوختی چیست؟

پیل های سوختی در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی که در حال حاضر با راندمان حدود 25 درصد و نیروگاه ها با حدود 35 درصد کار می کنند، می توانند بیش از 80 درصد راندمان داشته باشند. این افزایش بسیار زیادی در بهره وری است و نشان می دهد که نیرویی که وارد می شود انرژی بسیار بیشتری ایجاد می کند.

بازرگانی شیمی فرنو