پیل سوختی، مکانیزم و ساختار

تولید و توسعه وسایل تبدیل‌کننده انرژی ای که به حفظ محیط‌زیست نیز کمک کنند از چالش‌های مهم دنیای مدرن می‌باشند. تلاش‌های دانشمندان باعث ساخت و بهبود وسایل تبدیل و ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی ازجمله سلول‌های سوختی دماپایین شده است. سر ویلیام گرو اولین سلول سوختی را در سال ۱۸۳۹ اختراع کرد؛ که بعدها در صنعت مهندسی هوافضا و امروزه در اکثر صنایع و به‌خصوص در صنعت حمل‌ونقل مورداستفاده قرار می‌گیرد. سلول‌های سوختی انواع مختلفی دارند که یکی از پرکاربردترین آن‌ها سلول‌های سوختی پلیمری می‌باشند. هر سلول سوختی دارای دو الکترود (آند و کاتد) و یک الکترولیت ما بین این دو الکترود است. غشاء، جداکننده دو الکترود و واسطه تبادل پروتون بوده و الکترودها محل انجام واکنش‌های آندی و کاتدی هستند. در شکل‏۱‑۱ طرحواره ای از یک سلول واحد را با گازهای واکنش‌دهنده و جریان یون‌ها از طریق سلول مشاهده می‌کنید.

۱-۱ طرحواره ای از یک سلول سوختی هیدروژنی

الکترود سلول‌های پلیمری خود شامل ۲ قسمت پایه کاتالیست و کاتالیست است. برای پایه کاتالیست معمولاً از انواع کربن استفاده می‌شود که می‌بایست دارای تخلخل بالا، مساحت سطح ویژه بالا و هدایت الکتریکی و گرمایی بالا باشد. کاتالیست معمولاً از فلزات گران‌بها تشکیل‌شده است که از ویژگی‌های آن می‌توان به تسریع در واکنش‌های آندی و کاتدی، جذب و واجذب مناسب مواد واکنش‌دهنده و همچنین مقاومت در برابر اکسایش در محیط واکنش اشاره کرد. الکترودها نوعاً به‌صورت متخلخل هستند و از مواد هادی الکتریسیته ساخته‌شده‌اند. در دمای پایین، تنها مقدار کمی از مواد نادر و گران‌قیمت فعالیت الکترو-کاتالیستی لازم را فراهم می‌کنند. بنابراین برخی از کاتالیست ها در مقادیر کم بر روی سطح الکترود نشانده می‌شوند تا فعالیت الکترو-کاتالیستی سلول را افزایش دهند.


سلول سوختی غشاء پلیمری

نوعی از سلول‌های سوختی درحال‌توسعه عصر حاضر، سلول سوختی غشاء پلیمری(PEMFC) است. اصطلاح سلول سوختی الکترولیت پلیمری، یک گروه از سلول‌های سوختی مانند سلول‌های سوختی غشایی تبادل کننده پروتون (هیدروژن اسید سولفوریک) و سلول سوختی مستقیم متانولی(DMFC) را توصیف می‌کند که از یک غشای پلیمری جامد به‌عنوان الکترولیت بین لایه‌های نفوذ گاز و الکترودها استفاده می‌کند. برای خرید متانول و اسید سولفوریک بر روی بلوک های زیر کلیک فرمایید.

 مجموعه الکترود-غشاء قلب سلول سوختی غشاء پلیمری است که از یک غشای پلیمری، لایه‌های کاتالیست و لایه‌های نفوذ گاز تشکیل‌شده است. نمایی ازMEA در شکل ‏۱‑۲ الف نشان داده‌شده است.MEA  بین دو صفحه انتقال جریان برای ایجاد صفحات دوقطبی قرار دارد. در (شکل ‏۱‑۲ب) سلول‌ها برای به دست آمدن ولتاژ بالاتر به‌صورت سری در کنار هم قرارگرفته‌اند.

مجموعه الکترود-غشاء

شکل ‏۱‑۲ (a) طرحواره ای از MEA معمولی؛ (b) اتصال سری سلول‌های تک برای ایجاد یک استک[۵]]۴[

الکترولیت پلیمری جامد می‌تواند مشکلات آب‌ بندی که در الکترولیت‌های مایع شایع هستند را از بین ببرد. به‌طورکلی، الکترولیت‌های پلیمری حاوی گروه‌هایی با بار منفی هستند که به ستون پلیمری متصل بوده و تمایل دارند نسبت به رسانش پروتون بسیار سخت و ضعیف عمل کنند مگر اینکه آب جذب شود. غشاء تبادل پروتونی، توسط شرکت دوپانت با ساخت نفیون توسعه یافت، که عملکرد و طول عمر سلول های سوختی PEM را بطور چشمگیری بهبود بخشید. فرمول شیمیایی نفیون در شکل ‏۱‑۳ نشان داده شده که در آن گروه های اسید سولفونیک به یک ستون اصلی بر پایه تفلن وصل شده است. خواصی که نفیون را برای کاربردهای غشایی ایده ال می‌کند جذب آب، ظرفیت تبادل یون، انتخاب و حمل‌ونقل یون، نفوذپذیری گاز و ثبات مکانیکی، حرارتی و شیمیایی است. با جذب آب در غشاء نفیون، گروه‌های HSO۳  به یون‌های هیدروژن H + متحرک و یون‌های بی‌حرکت SO۳ تبدیل می‌شوند و غشاها می‌توانند هدایت پروتون را فراهم کنند.

شکل ‏۱‑۳ ساختار شیمیایی Nafion® از DuPont که در آن m > ۱; x = ۵ – ۱۳٫۵; y =۱۰۰۰ -[۶].

برای اطلاعات بیشتر راجع به سوافوریک اسید و خرید اسید سولفوریک صنعتی و آزمایشگاهی بر روی بلوک زیر کلیک فرمایید.

الکترودهای نفوذ گاز (GDE)

الکترود نفوذ گاز از لایه کاتالیست به همراه الکتروکاتالیست و لایه نفوذ گاز تشکیل‌شده است (تصویر کلی در شکل شکل ‏۱‑۲الف نشان داده‌شده است). لایه کاتالیست در تماس مستقیم با غشاء و لایه نفوذ گاز قرار دارد. در هر دو قسمت آند و کاتد، لایه کاتالیست محل واکنش نیمه سلولی است. فلزات نجیب مانند آلیاژهای فلزی پلاتین یا آلیاژهای نجیب دیگر همیشه به‌عنوان الکتروکاتالیست استفاده می‌شوند. برخی از ویژگی‌های لایه کاتالیست به منظور بهره‌برداری بالا ازکاتالیست باید با دقت موردتوجه قرار گیرد. این خواص شامل بارگذاری کاتالیست، انتشار مواد واکنش‌دهنده، هدایت الکتریکی و یونی است. به‌طورمعمول لایه‌های نفوذ گاز از مواد کربن متخلخل مانند کاغذ فیبر کربن یا پارچه کربنی ساخته‌شده است. لایه نفوذ متخلخل گاز، باعث می‌شود که واکنش‌دهنده‌ها بتوانند به‌طور مؤثر با لایه کاتالیست عمل کنند و محصولات (گاز و مایعات) را به آسانی دفع کنند. علاوه بر این، لایه نفوذ گاز هدایت الکتریکی بین لایه کاتالیست و کانال تامین کننده جریان را تضمین می‌کند. لایه نفوذ گاز همچنین به افزایش مدیریت بهتر آب کمک می‌کند، که این کار از طریق اجازه دادن به مقدار مناسبی از آب برای نگهداری در غشاء، به منظور هیدراسیون انجام می‌شود.

مشاوره خرید مواد شیمیایی با 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.

برای اطلاع از

موجودی مواد شیمیایی

و همچنین مشاوره رایگان با ما تماس بگیرید.

۰۲۱-۵۵۴۳۶۲۴۹

۰۹۱۹۶۳۹۴۳۲۵

۰۹۳۵۴۵۳۶۲۸۰

پاسخگویی شنبه تا چهارشنبه ۹ الی ۱۷ و پنج شنبه ۹ الی ۱۳:۳۰

Call us