مزایا و معایب پیل سوختی چیست؟ — به زبان ساده

۶۶۵ بازدید
آخرین به‌روزرسانی: ۲۶ تیر ۱۴۰۲
زمان مطالعه: ۳ دقیقه
fuel-cell

پیل سوختی (fuel cell)  مکانیسمی‌ دوست‌دار محیط زیست، برای تولید الکتریسیته است. الکتریسیته بدون ایجاد واکنش سوختن با اتصال هیدروژن و اکسیژن همراه با آب و حرارت تولید می‌شود. ولتاژ برق تولیدی از هر تک‌سل بسیار اندک است ( کمتر از یک ولت). در نتیجه تعداد زیادی سل به صورت سری به یک‌دیگر متصل می‌شوند تا ولتاژ مناسبی تولید شود. تولید برق از پیل‌های سوختی اقتصادی است و نگاه جهان به تولید انرژی را دست‌خوش تغییر کرده است. تاکنون از هیدرو‌‌ژن برای تامین برق گوشی تلفن همراه یا حتی برنامه‌های فضایی ناسا استفاده شده است.

ویژگی‌های هیدروژن در دمای اتاق:

از هوا سبک‌تر است. بی‌رنگ است. بی‌بو است. بی‌خطر است. نسبت میزان انرژی بیشتری نسبت به وزن خود در مقایسه با دیگر حامل‌های انرژی دارد. از سوخت‌های کنونی در صنعت حمل‌ونقل بازده بیشتری دارد. تنها محصول جانبی پیل سوختی بخار آب است و هیچ‌گونه کربنی تولید نمی‌شود. هم‌اکنون از نظر محیط زیستی استفاده از هیدروژن کاملا معقولانه است.

سوخت هیدروژن در پیل سوختی با اکسیژن موجود در هوا در غشاء متخلخلی با نام الکترولیت (electrolyte) مخلوط می‌شود. در این واکنش تعدادی الکترون و یون در طول الکترولیت از آند (anode) به کاتد (cathode) جابه‌جا می‌شوند. در صورتی که یک مدار خارجی به این سیستم متصل شود، یک مدار بسته ایجاد و جریانی از الکترون‌ها در این مدار تولید می‌شود.

مقایسه پیل سوختی و باتری

اساس عملکرد پیل سوختی و باتری مشابه است. با این حال تفاوت‌هایی وجود دارد که در جدول زیر مشاهده می‌کنید:

پیل سوختی باتری (گالوانیک)
سیستم باز سیستم بسته
آند و کاتد گاز هستند که در سطح کاتالیست پلاتینیوم با هم در تماس‌اند. آند و کاتد فلزی هستند.
واکنش‌گرها به مقدار زیاد وجود دارند و نیاز به شارژ نیست. واکنش‌گرها داخلی هستند و نیاز به شارژ مجدد وجود دارد.

مقایسه پیل سوختی و موتور احتراق داخلی (Internal Combustion Engine)

پیل سوختی و موتور احتراق داخلی از جهاتی شبیه به هم‌اند. هر دو از سوختی سرشار از هیدروژن استفاده می‌کنند. هردو از هوای فشرده به عنوان اکسنده استفاده می‌نمایند. در نهایت هر دو به سیستم خنک‌سازی نیاز دارند. تفاوت‌های این دو سیستم در ادامه آمده است:

پیل سوختی موتور احتراق داخلی
خروجی الکتریسیته است. خروجی آن کار مکانیکی است.
سوخت و اکسنده به روش الکتروشیمیایی ترکیب می‌شوند. سوخت و اکسنده طی فراینده سوختن ترکیب می‌شوند.
تقریبا هیچ نوع آلودگی تولید نمی‌شود. میزان زیادی آلاینده تولید می‌شود.

بازده پیل سوختی هیدروژن

بازده تبدیل متانول به هیدروژن ۴۰ درصد
بازده محتوای انرژی هیدروژن به برق ۸۰ درصد
بازده تبدیل الکتریسیته به کار مکانیکی ۸۰ درصد
 بازده نهایی ۲۴-۳۲ درصد

مقایسه بازده تولید توان

فناوری مورد نظر بازده سیستم
پیل سوختی ۲۴-۳۲ درصد
باتری الکتریکی ۲۶ درصد
موتور دیزلی ۲۰ درصد

یک پیل سوختی از این جهت که طی یک فرایند الکتروشیمیایی برق تولید می‌کند، به باتری شبیه است. هر دو در نتیجه یک واکنش شیمیایی به همراه گرما، برق تولید می‌کنند. با این حال در باتری یک مدار بسته وجود دارد که انرژی را در خود ذخیره می‌کند. هنگامی‌ که این انرژی محدود شود، باید با استفاده از جریان الکتریسیته خارجی باتری شارژ شود. شارژ باتری با طی یک مسیر شیمیایی (عکس واکنش تولید برق) صورت می‌گیرد.

به صورت مشابه، پیل سوختی از مخزنی از انرژی شیمیایی برای تولید برق استفاده می‌کند و تا زمانی که سیلندر هیدروژن و منبع اکسیژن ( معمولا هوا) به اتمام نرسیده باشد، کار می‌کند. هیدروژن به عنوان سوخت در نظر گرفته می‌شود، گرچه در پیل سوختی هیچ گونه واکنش سوختنی صورت نمی‌گیرد. در فرایندی متفاوت از سوختن و با بازده بالاتر، اکسایش (oxidation) الکتروشیمیایی هیدروژن برای تولید برق صورت می‌پذیرد. در طول فرایند اکسایش، اتم‌های هیدروژن با اتم‌های اکسیژن برای تولید آب واکنش می‌دهند؛ در نتیجه الکترون‌ها آزاد می‌شوند و از طریق مدار خارجی جریان می‌یابند.

پیل‌های سوختی‌ از نظر اندازه می‌توانند از یک باتری کوچک با ظرفیت چند وات تا یک نیروگاه عظیم چند مگاواتی باشند. اساس طراحی تمام پیل‌های سوختی‌ شامل دو الکترود (آند و کاتد) است، که با یک الکترولیت جامد یا مایع جدا می‌شوند. در این الکترولیت، ذرات باردار بین آند و کاتد جابه‌جا می‌شوند. غالبا برای تسریع واکنش از کاتالیست استفاده می‌شود. طبقه‌بندی پیل سوختی‌ بر اساس نوع الکترود آن‌ انجام می‌شود. البته هر کدام از این الکترولیت‌ها برای کاربرد ویژه‌ای مناسب است.

اگر به مباحثی از این قبیل علاقه‌مند هستید، آموزش‌های زیر برای شما مفید به نظر می‌رسد:

::.

منبع

بر اساس رای ۱۵ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
شما قبلا رای داده‌اید!
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *