پیل سوختی
Download
1 / 25

پیل سوختی - PowerPoint PPT Presentation


  • 109 Views
  • Uploaded on

پیل سوختی. پيل سوختي يک وسيله الکتروشيميايي است که انرژي شيميايي را به انرژي الکتريکي تبديل مي کند و از الكتروليت ، الكترود آند و الكترود كاتد تشكيل شده است. مقدمه. تاريخچه. 1820 ميلادي: ساخت پيل سوختي بسيار ساده توسط سر هامفري امکان توليد شوک الکتريکي بسيار ساده اي

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' پیل سوختی' - giulio


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

پيل سوختي يک وسيله الکتروشيميايي است که انرژي شيميايي را به انرژي الکتريکي تبديل مي کند و از الكتروليت،الكترود آندوالكترود كاتدتشكيل شده است.

مقدمه


تاريخچه است که انرژي شيميايي را به انرژي الکتريکي تبديل مي

  • 1820ميلادي: ساخت پيل سوختي بسيار ساده توسط سر هامفري امکان توليد شوک الکتريکي بسيار ساده اي

  • 1839ميلادي: تحقيق در مورد روش اتصال سري - موازي کردن باطري روي پلاتينيوم توسط سر ويليام گرو

  • آزمايش توليد اکسيژن و هيدروژن از الکتروليز آب

  • مشاهده: اگر جريان منبع تغذيه قطع گردد جريان کوچک ولي قابل اندازه گيري در جهت مخالف جاري ميشود.

  • پديده پيل سوختي


روي- هوا است که انرژي شيميايي را به انرژي الکتريکي تبديل مي (ZAFC)

آلومينيوم – هوا (AAFC)

منيزيم – هوا (MAFC)

آهن – هوا (IAFC)

ليتيم – هوا (LAFC)

كلسيم- هوا (CAFC)

اسيد فسفريك (PAFC)

قليايي (AFC)

كربنات مذاب (MCFC)

اكسيد جامد (SOFC)

متانولي (DMFC)

پليمري (PFC)


تاريخچه انواع پيلهاي سوختي است که انرژي شيميايي را به انرژي الکتريکي تبديل مي

  • پيل‌سوختي اسيد فسفريك:

    1842 ميلادي: استفاده از اسيد به عنوان الکتروليت توسط گرو

    توجه: اسيد فسفريک يک رساناي ضعيف الکتريسيته بود و جذاب نبود، بنابراين نسبت به انواع پيل‌سوختي آهسته‌تر توسعه يافتند.

  • پيل‌سوختي قليايي:

    1930 ميلادي:جايگزيني هيدروکسيدپتاسيم الکتروليت با اسيدسولفوريك توسط فرانسيس بيکن

    توجه: هيدروکسيدپتاسيم کارايي مشابه اسيد سولفوريك را دارد ولي خورنده الکترودها نمي باشد.


تاريخچه انواع پيلهاي سوختي (ادامه)

  • پيل‌سوختي اکسيد جامد:

  • 1965 ميلادي: توليد اولين سري پيل‌سوختي اكسيد جامد توسط آرچر

  • توجه: توان پيل 100 وات و الكتروليت آن زير‌كونياي پايدار شده توسط كلسيم و الكترودها از جنس پلاتين

  • پيل‌سوختي متانولي:

  • 1995 ميلادي:جديدترين فن‌آوري پيل‌سوختي در دهه اخير


اجزاي پيل سوختي و وظايف آنها (ادامه)

  • آند (الکترود سوخت):اکسيداسيون سوخت

    - ايجاد سطح مشترک براي سوخت و محلول الکتروليت

    - هدايت الکترونها از محل واکنش به سمت مدار خارجي

  • کاتد (الکترود اکسيژن): احياء اکسيژن

    - ايجاد سطح مشترک براي اکسيژن و الکتروليت

    - هدايتالکترونها را از مدار خارجي به سمت کاتد

  • الکتروليت

    - انتقال يکي از انواع يونهاي ايجاد شده در واکنش الکترودها

    - جلوگيري از عبور الکترونها

    - وظيفه جداسازي گاز


نحوه عملکرد پيل سوختي (ادامه)

  • هيدروژن به سمت آند هدايت مي شود و با از دست دادن الکترون به پروتون تبديل مي شود.

  • در کاتد هوا دميده مي شود تا اکسيژن مورد نياز مهيا شود.

  • اکسيژن الکترونها را از کاتد مي گيرد و به يون تبديل ميشود و در الکتروليت باقي مي ماند.

  • ماده سراميکي بکار رفته به يونهاي اکسيژن اجازه مي دهد تا از ميان آن عبور کنند.

  • پروتون با يون اکسيژن ترکيب مي شود و آب توليد مي کند و از طرف آند خارج مي شوند.

  • الکترونهاي توليد شده در اين واکنشاکسايش-کاهش باعث ايجاديک اختلافپتانسيل در دو سر پيل مي شوند. (مدار خارجي)


پيل سوختي اسيد فسفريک (ادامه)

  • الکتروليت:با غلظتي در حدود %100

  • محدوده دماي كاركرد:بين 150 تا 220 درجه سانتيگراد

  • كاتاليست: پلاتين

  • ماتريس نگهداري اسيد:

    كاربيد سيليكون

  • توان:200 کيلووات

  • آزمايش:

    در واحدهايي با توان 11مگاوات

  • بازده الكتريكي:45%-40%


پيل سوختي قليايي (ادامه)

  • غلظت الكتروليت هيدروكسيد پتاسيم با دما تغيير مي‌کند.

  • محدوده دماي عملياتي: از 150 تا 220 درجه سانتيگراد

  • يك ماتريس متخلخل (از جنس آزبست) جهت نگهداري الكتروليت که محلول برپايه آب است.

  • الكتروكاتاليست:

    نيكل، نقره و اكسيد‌هاي ‌فلزات

  • بازده: درحدود %70

  • طول عمر: بيش از 10000 ساعت

  • حساسيت زياد به CO2

  • ارزاني کاتاليست


پيل سوختي کر (ادامه)بنات مذاب

  • الكتروليت: تركيبي ازكربنات مذاب نمك‌ها درماتريسي از جنس LiAlO2

  • دو نوع ترکيب پرکاربرد:ترکيب كربنات سديم و کربنات ليتيم ويا کربنات پتاسيم وکربنات ليتيم

  • دماي كاركرد:

    600 تا700  درجه  سانتيگراد

  • آند: نيكل كاتد: اكسيد نيكل

  • بازده: حدود %60 درصد

  • حساسيت كمتر نسبت به مسموميت CO

  • پيچيدگي كار با الكتروليت مايع

  • نياز به تزريق CO2در كاتد براي جبران يون‌هاي كربنات الكتروليت مصرف شده در واكنش‌هاي آند


پيل سوختي اکسيد جامد (ادامه)

  • الكتروليت جامد سراميكي نازك به جاي الكتروليت مايع

  • محدوده دماي عملكرد:

    600 -1000 درجه سانتيگراد

  • دو ساختار صفحه اي و لوله‌اي

  • طول عمر: بيش از 40000 ساعت

  • تنوع در سوخت مورد استفاده

  • امکان تبديل مستقيم سوخت‌ هيدروکربني بدون نياز به مبدل سوخت

  • راندمان بالا 60-45 درصد، در ترکيب با يک توربين 70%

  • امکان بکارگيري در مولدهاي توامان برق و حرارت


پيل سوختي پليمري (ادامه)

  • الكتروليت پليمري به شكل يك ورقه نازك منعطف

  • محدوده دماي عملکرد:در دماي پايين 80 درجه سانتيگراد

  • کاتاليست: پلاتين

  • نکته:احياء اكسيژن سه مرتبه كندتر از واكنش اكسيد شدن هيدروژن

    بنابراين، ميزان مصرفكاتاليست بيشتر از ساير انواع پيل‌سوختي

  • بازده‌ الكتريكي:  %50-40

  • بدليل دماي پائين و نياز به زمان کم براي راه‌اندازي، كاربرد در وسايل نقليه


پيل سوختي متانولي (ادامه)

  • پيل‌سوختي متانولي در واقع نوعي پيل‌ سوختي پليمري است.

  • تفاوت: مصرف متانول مايع به عنوان سوخت

  • مشکل اصلي: عبور متانول از غشاء پليمري

  • تمرکز تحقيقات برروي الکتروليت‌هايي با ميزان عبوردهي کمتر

  • محدوده دماي عملکرد:50 تا 120 درجه سانتي گراد

  • دماي پائين عملکرد == مقادير بيشتري از کاتاليست براي فرآيند اکسيداسيون متانول به يون هيدروژن و دي‌اکسيدکربن == گرانتر شدن

  • سمي بودن متانول و جايگزيني اتانل

بدليل دماي كم كاركرد و عدم نياز به مبدل سوخت،

اين پيل را نمونه خوبي براي كاربردهاي کوچک و متوسط مي باشد.


نحوه عملکرد پيل سوختي متانولي (ادامه)

  • نحوه تغذيه متانول:

    • مستقيم

    • غير مستقيم:

  • تبديل متانول به هيدروژن

  • و سپس وارد کردن آن به پيل سوختي



پيل سوختي فلزي (ادامه)

  • پيل‌سوختي فلز- هوا:

  • کاتد: الکترودنفوذگاز GDEآند: فلز (سوخت)

  • نکته:GDE يک غشاء تراوش‌پذير است که اکسيژن با فشار اتمسفريک را از خود عبور مي‌دهد.

  • تبديل اکسيژن به يون‌هاي هيدروکسيل و آب در کاتد

  • عبور يون‌هاي هيدروکسيل از الکتروليت و رسيدن به آند

  • واکنش يون‌هاي هيدروکسيل با فلز و تشکيل اکسيد فلز

  • آزاد شدن الکترونها و توليد پتانسيل الکتريکي


سيستم پيل سوختي (ادامه)

  • بخش سوخت رساني:

  • مبدل سوخت

  • سيستم ذخيره هيدروژن

  • بخش توليد انرژي:

  • سري پيل سوختي

  • سيستم کنترل رطوبت ، فشار، دما و دبي گازها

  • بخش تبديل انرژي:

  • فصل مشترک پيل سوختي و مصرف کننده برق (جهت تبديل جريان وولتاژ برق به ولتاژ وجريان مناسب مصرفي)


روشهاي توليد هيدروژن (ادامه)

  • الکتروليز آب

  • راديوليز آب

  • فوتوليز

  • تبديلBiomass

  • گاز طبيعي Reforming

  • اکسيداسيون جزئي نفت سنگين

  • گازي کردن زغال سنگ

  • ترموليز آب


کاربرد هاي پيل سوختي (ادامه)

  • کاربردهاي نيروگاهي

    نکته:توليد برق محلي (غير متمرکز)

    - استفاده از گرماي توليديجهت گرمايش و توليد بخار آب

    - کاهش نياز به گسترش شبکه توزيع برق

  • حمل و نقل

    خودروهاي کوچک و پايانه‌هاي اتوبوس‌راني

  • پرتابل

    وسايل در محدوده تواني 15 الي 1000 وات،

    مانند تلفن‌هاي همراه، لپ تاپها

  • تجهيزات نظامي


مزاياي پيل سوختي (ادامه)

  • حذفآلودگي ناشي از سوزاندان سوختهاي فسيلي

  • تنها محصول جانبي:آب

  • وابسته نبودن به سوختهاي فسيلي متداول و حذف وابستگي كشورها

  • نصب پيلهاي سوختي نيروگاهي كوچك وگسترش شبكه غيرمتمركز نيرو

  • قابليت توليد همزمان برق و حرارت

  • راندمان بالاتر نسبت به سوختهاي فسيلي متداول

  • کاهش آلودگي صوتي

  • عمر طولاني تر نسبت به باتريهاي متداول


مزاياي پيل سوختي (ادامه) (ادامه)

  • امكانسوختگيري مجدد پيلهاي سوختي

  • نگهداري آسان بعلت عدم وجود اجزاي متحرك

  • مقرون به صرفه بودن نصب و بهره برداري

  • امكان استفاده از سوختهاي تجديدپذير و سوختهاي فسيلي پاك

  • پاسخ به تغيير بار الكتريكي

  • پيل سوختي امكان توليد برق مستقيم با كيفيت بالا را دارد.

  • دانسيته نيروي بالا


معايب پيل سوختي (ادامه)

  • مشكل اصلي: سوختگيري

    سختي توليد، انتقال، توزيع و ذخيره بعلت نبودن زيرساختها

  • كوتاهتر بودن برد و طولاني تري بودن زمان سوختگيري و استارت زدن خودروهاي پيل سوختي

  • سنگين تر بودن از باتريهاي متداول

  • نداشتن خط توليد و گراني توليد

  • استفادهاز مواد گرانقيمت در برخي پيلهاي سوختي


نتيجه گيری (ادامه)

نياز روز افزون بشر به انرژي و افزايش مصرف انرژيهای فسيلي و ميزان توليد آلاينده هاي ناشي از آنها باعث توجه خاص به پيلهای سوختی شده است.

بنابرين بايد موارد زير در نظر گرفته شود:

  • مباني تئوريك در خصوص چگونگي عملكرد پيلهاي سوختي

  • شناخت ابزار تكنولوژيك پيلهاي سوختي و مقايسه آنها

  • بررسي توامنديهاي داخلي در زمينه های مرتبط

  • بررسي شرايط خاص كاربرد مورد نظر

  • بيان روش حصول تكنولوژي نوع مورد نظر پيل سوختي

  • طراحي منجر به ساخت پيل سوختي مورد نظر


ad