انواع سلول سوختی غشایی پلیمری و کاربردهای آن
دو نوع عمده PEFC وجود دارد که شامل سلول سوختی غشایی تبادل پروتون با سوخت هیدروژن و سلول سوختی مستقیم متانولی است. تفاوت اصلی آنها در سوخت مورد استفاده در واکنش الکتروشیمیایی است. سوخت معمولی برای PEMFC هیدروژن است که می تواند هم در یک جریان گاز هیدروژنی خالص باشد و هم به شکل یک محصول اصلاح شده تولید شده از انواع سوخت های کربن، مانند متان، متانول و بنزین باشد. در DMFC، متانول به طور مستقیم به انرژی الکتریکی بدون استفاده از یک اصلاح کننده تبدیل می شود.
سلول سوختی غشایی پلیمری هیدروژنی
در این نوع پیل سوختی ، هیدروژن به شکل الکتروشیمیایی در آند اکسید می شود و اکسیژن به شکل الکتروشیمیایی در کاتد کاهش می یابد. واکنش های نیمه سلولی برای آند و کاتد به شرح زیر ذکر شده است. پروتون ها (که از آند از طریق غشاء به دست می آید) و الکترونها (که از طریق مدار الکتریکی خارجی تحویل داده شده است) با اکسید برای تشکیل آب ترکیب می شوند.
Anode : H2—>2H+2e 1-1
Cathode: 1/2 O2 + 2H + 2e —>H2O 2-1
Overall Reaction: H2 + 1/2 O2 —-> H2O 3-1
سلول سوختی غشاء پلیمری هیدروژنی در دماهای نسبتا کم (کمتر از 120 درجه سانتیگراد) معمولا بین 70 – 90 درجه سانتیگراد عمل می کند، که اجازه می دهد واکنش بلافاصله شروع شود. اکسیژن برای واکنش کاتدی ممکن است از هوا گرفته شود، اما ذخیره سازی هیدروژن یک چالش است. برای افزایش تراکم هیدروژن، باید تلاش شود تا گاز فشرده گردد، دما به زیر دمای بحرانی کاهش یابد، یا مقاومت در برابر اثر متقابل هیدروژن با مواد دیگر را کاهش دهد.
روش های ذخیره سازی متعارف شامل سیلندر های با فشار بالا و هیدروژن مایع است. با این حال، نگرانی در مورد ایمنی و هزینه، استفاده از این روش ها را محدود می کند. هیدرید فلزی و هیدرید های پیچیده، راه امن و کارآمد برای ذخیره سازی هیدروژن را ارائه می دهند، اما آنها از وزن سنگین سیستم رنج می برند (2 تا 4 درصد وزنی هیدروژن).
علاوه بر هیدروژن خالص، سلول سوختی غشاء پلیمری هیدروژنی با این حال، در کاتالیست آند، پلاتین، بسیار حساس به CO تولید شده در طول روند اصلاح است که منجر به سمی شدن کاتالیست می شود. این ردیابی CO باید با فرایند کاتالیستی به CO2 تبدیل شود تا CO به <10 ppm قبل از ورود به سلول سوختی غشاء پلیمری هیدروژنی کاهش یابد .
سلول سوختی غشایی متانولی مستقیم
سلول سوخت مستقیم متانول قدرت را به طور مستقیم از متانول به عنوان یک بخار، یک مایع یا یک محلول تولید می کند. این نوع سلول پتانسیل خوبی دارد تا به عنوان منبع قدرت در برنامه های کاربردی تولید انرژی ثابت و همچنین لوازم قدرت قابل حمل به کار رود. برای این امر نیازی به یک واحد پیچیده اصلاح کننده در سیستم نیست و راه اندازی در فشار محیط امکان پذیر است.
اگر چه اصول ترمودینامیکی مشابه واکنش هیدروژن است،اما الکترو اکسیداسیون متانول یک روند بسیار کندتر است و شامل انتقال شش الکترون به الکترود برای اکسیداسیون کامل به CO2 است. متانول به آند تغذیه می شود و به شکل الکتروشیمیایی در آنجا اکسید می گردد که در نتیجه تولید CO2 و تحویل شش یون H + تولید می گردد. در سمت کاتد، کاهش اکسیژن و تولید آب رخ می دهد.
Anode : CH3OH + H2O —> CO2 + 6H + 6e 4-1
Cathode: 3/2 O2 + 6H + 6e—> 3H2O 5-1
Overall Reaction: CH3OH + 3/2 O2 —> CO2 + 2H2O 6-1
مزیت اصلی DMFC ذخیره متانول با انرژی بالا است. علاوه بر این، متانول یک سوخت مایع در دسترس کم هزینه است که می تواند به آسانی و بدون اصلاح کننده حمل و ذخیره شود. با این حال، برخی مشکلات وجود دارند که کاربرد گسترده تجاری DMFC را محدود می کنند و یک چالش برای DMFC سینتیک آهسته واکنش الکترواکسیداسیون متانول، در نتیجه حجم قدرت بسیار پایین در مقایسه با معادل سوخت هیدروژنی PEMFC است. عامل دوم اثرات عملکرد DMFC ناشی از عبور متانول از غشای پلیمر است که باعث کاهش بهره وری سوخت و اثر قطره قطره سازی است. عوامل دیگر شامل پتانسیل بیش از حد موجود در اثر کاهش اکسیژن و اکسیداسیون متانول، دی اکسید کربن و مدیریت آب، و غیره است.
کاربردهای سلول سوختی پلیمری
بیشترین استفاده که بزرگترین توجه را دریافت کرده است مربوط به استفاده از فن آوری PEFC در حمل و نقل به دلیل کارایی بالای سیستم سلول های سوختی نسبت به موتورهای احتراق داخلی با سوخت بنزین معمولی است. تقریبا تمام تولید کنندگان عمده خودرو در سراسر جهان فعالانه در حال توسعه نمونه اولیه وسایل نقلیه با سلول سوختی هستند تا نیازهای حمل و نقل آینده را رفع کنند. بیشتر موتورهای سوخت خودرو فعلی از PEMFC با سوخت هیدروژن استفاده می کنند که باعث کاهش آلودگی شهری می شود و وابستگی به نفت را کاهش می دهد. سیستم های اصلاح شده با متانول نیز به طور موازی با وسایل نقلیه شامل سلول سوختی غشاء پلیمری هیدروژنی در حال توسعه می باشند. ، با توجه به مزایا، تغییرات جزئی در زیرساخت سوخت رسانی پیشنهاد شده است، که زیرساخت برای توزیع متانول و ذخیره سازی می تواند به راحتی از زیر بنای حال حاضر برای بنزین حاصل شود . وسایل نقلیه DMFC همچنان در حال توسعه هستند، به عنوان مثال، در دایملر کرایسلر سابق می توان این پیشرفت را مشاهده کرد.
کاربردهای قابل حمل, شامل دستگاه های الکترونیکی هستند که باتری های قابل شارژ با عملکرد بالا از جمله تلفن همراه، لپ تاپ و دوربین قابل حمل دارند. یکی از گزینه هایی که ممکن است برای کاربردهای سلول سوخت قابل حمل در نظر گرفته شود، DMFC است. مزیت اصلی DMFC چگالی انرژی بالای متانول ایجاد شده و در نتیجه طول عمر بیشتر و قدرت بیشتر دستگاه های الکترونیکی برای پشتیبانی از تقاضای مصرف کننده است. بر خلاف باتری های قابل شارژ که برای شارژ به مدت زمان زیادی نیاز دارند، یک DMFC می تواند سوخت را در چند دقیقه جایگزین کند. چندین سازمان فعالانه در توسعه کاربردهای DMFC با قدرت پایین مشغول به کار هستند. فرچانگزنتروم (FJG آلمان)یک استک DMFC با 40 سلول و قدرت 50 وات را توسعه داده و آزمایش کرده است؛ NEC Corp. (ژاپن) یک نمونه از یک رایانه شخصی را که توسط یک میکرو DMFC ساخته شده است ارائه کرده است که 14 وات را در 12 ولت تولید می کند؛ و موسسه پیشرفته سامسونگ ( SAITکره جنوبی) یک بسته کوچک از یک تک سلول DMFC با توان 600 میلی وات را برای کاربرد تلفن همراه توسعه داده است.
PEFC همچنین می تواند تولید کننده برق ثابت در مقیاس بزرگ باشد و چندین سیستم تا چند صد کیلووات را می تواند به کار اندازد. مزایای کلی برای چنین کاربردهایی عبارتند از: بهره وری انرژی بالا، سر و صدای کم، انتشار آلاینده های کم، انتشار گازهای گلخانه ای کم، راه اندازی سریع و توانایی سریع پاسخ به تغییر بار, PEFC را به ویژه برای سیستم های کمکی مناسب می کند. علاوه بر این، با سیستم پردازش سوخت یکپارچه که دارای اجزای اصلاح سوخت، قابلیت تغییر آب و گاز و پاکسازی CO و دارنده چندین نوع سوخت (مانند گاز طبیعی، گاز پروپان و مایع نفت گاز) است می تواند برای اصلاح در محل برای کاربردهای مسکونی مورد استفاده قرار گیرد.
فروش مواد شیمیایی سوختی توسط کارشناسان اَوِسیناشیمی
شما عزیزان می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر راجع به مواد شیمیایی و همچنین استعلام قیمت و موجودی با کارشناسان مجموعه اَوِسینا شیمی تماس بگیرید و یا از طریق شبکه های اجتماعی پیام دهید تا در سریع ترین زمان ممکن با شما تماس بگیریم.
