واکنش های پیل سوختی

واکنش های پیل سوختی PEMFC

یک بررسی کلی از واکنش های پیل سوختی آند (اکسیداسیون هیدروژن و اکسیداسیون متانول) و واکنش کاتد (کاهش اکسیژن) در این بخش ارائه شده است.

واکنش اکسیداسیون هیدروژن:

اکسیداسیون الکتروشیمیایی مولکول هیدروژن در محلول اسید در نظر گرفته می شود که از طریق مکانیسم تافل- ولمر یا مکانیزم هیروسکی – ولمر انجام می شود و بسته به این است که آیا مرحله قبلی جذب تشعشعی یک فرایند شیمیایی خالص است (واکنش تافل، معادله 1-1) یا یک ترکیب شیمیایی – الکتروشیمیایی است (واکنش Heyrovsky، معادله 1-3) و واکنش خالص اکسیداسیون هیدروژن در معادله 1-5 نشان داده شده است.

مکانیزم تافل-ولمر :

1-1 (واکنش تافل) H2—>2Hads

1-2 (واکنش ولمر) 2Hads + 2H2O—>2H3O +2e

مکانیزم هیرووسکی-ولمر :

1-3 (واکنش هیرووسکی) H2 + H2O—>Hads + H3O+e

1-4 (واکنش ولمر) Hads + H2O—> H3O + e

واکنش خالص اکسایش هیدروژن:

1-5 H2 + 2H2O —> 2H3O + 2e

از آنجا که نرخ تخلیه اتمی H روی کاتالیست پلاتین خیلی زیاد است، فرآیندهای جذب متقابل گامهای تعیین نرخ (rds) بدون در نظر گرفتن مکانیسم واکنش است. در معادلات 1-1 و 1-3، H₂ نشان دهنده هیدروژن مولکولی در مجاورت سطح الکترود است که از محلول بالک توسط نفوذ به وجود می آید.

هنگامی که نرخ انتقال جرم بسیار سریعتر از نرخ انجام واکنش جذب است، تفاوت بین غلظت H₂ موجود در مجاورت الکترود و غلظت H₂ موجود در محلول جامد ناچیز است و انتشار به مقدار کمی به سرعت واکنش کلی کمک می کند. در مقابل هنگامی که میزان انتقال جرم بسیار پایین است، انتشار مولکول های هیدروژن از محلول جامد تا مجاورت الکترود به میزان قابل توجهی واکنش را تحت تاثیر قرار می دهد.

واکنش اکسیداسیون متانول:

اکسیداسیون متانول در سلول سوختی غشایی از طریق چندین مرحله واکنش متوالی حاصل می شود، که شامل جذب متانول، واکنش های هیدروژن دهی و حذف گونه های دارای CO است.

الکتروکسید شدن متانول جذب شده (معادله 1-6) برای ایجاد CO₂ می تواند از طریق مکانیزم های دوطرفه بدون CO (معادله 1-7) و واسطه های واکنش پذیر CO جذب شده انجام شود (معادله 1-7).

1-6 CH3OH—> CH3OHads

1-7 CH3OHads + H2O—> CO2 + 6H +6e

1-8 CH3OHads—> COads + 4H + 4e

واکنش خالص اکسیداسیون متانول قبلا نشان داده شده است (واکنش 1-9).

9-1 CH3OH + H2O —> CO2 +6H + 6e

همانطور که از واکنش های بالا دیده می شود، اکسیداسیون کامل متانول به CO₂، یک واکنش پیچیده ای است که شامل انتقال شش الکترون به الکترود و انواع مختلف واکنش واسطه (CO-like) است که می تواند در طول اکسیداسیون متانول شکل گیرد. انباشت این مواد نیمه جامد روی سطح کاتالیست منجر به مسمومیت با CO می شود، که می تواند کارایی مصرف سوخت و تراکم قدرت DMFC ها را به طور قابل توجهی کاهش دهد. بنابراین، ایجاد کاتالیستهای جدید برای مهار مسمومیت CO بسیار مهم است و به میزان قابل توجهی میزان الکتروکسید شدن متانول را افزایش می دهد.

واکنش کاهش اکسیژن:

واکنش کاهش اکسیژن (ORR)از دو مسیر مختلف در محیط های اسیدی به وجود می آید، که شامل مسیر مستقیم چهار الکترون (معادله 1-10) و مسیر پراکسید (معادله 1-11 و 1-12) است.

مسیر مستقیم:

1-10 O2 + 4H + 4e —> 2H2O

مسیر پراکسید:

1-11 O2 + 2H + 2e —> H2O2

1-12 H2O2 + 2H + 2e —>2H2O

به طور کلی پذیرفته شده است که گام تعیین نرخ در ORR گام اول انتقال الکترون است و نرخ واقعی واکنش یک نتیجه کلی از برآیند این مرحله به همراه نفوذ و جذب مولکول های اکسیژن است.

فروش مواد شیمیایی 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.

واکنش های پیل سوختی