تبلیغات
علمها
 




برق - الکترونیک - فناوری
صفحه نخست      تماس با مدیر      سایت مپ      RSS       ATOM      تبادل لینک      انجمن     
درباره علم ها
elmhaعلم فناوری آموزش اهداف سایت علمها

  • آشنایی با علوم مختلف
  • رشته های فنی و مهندسی
  • برق و الکترونیک
  • مکانیک و مکاترونیک
  • فناوری مدرن
  • تولید انرژی
  • فناوری نانو
  • لپ تاپ و کامپیوتر
  • موبایل و تبلت
  • دانلود علمی آموزشی
  • دانلود کتاب و جزوه
  • عکس و فیلم علمی
  • اخبار علم و فناوری
  • اخبار اقتصادی و ...
  • تفریح و سرگرمی
  • مدیر سایت : م باقری
    نویسندگان
    نظرسنجی
    شما به کدام نوع از مطالب سایت علاقه دارید؟









    با سایت علم ها


    Future Google PR for www.elmha.com - 3.97


    علم ها را محبوب کنید
    Review http://www.elmha.com on alexa.com

    Get our toolbar!

    علم ها را مارک کنید
    Web Tools by SearchBliss

    خبرنامه علمها

    لطفاً آدرس ایمیل خود را ثبت کنید:

    Delivered by FeedBurner



    تولید انرژی - پیل سوختی

    پیل سوختی چیست و چگونه کار می کند

    پیل سوختی2

    FUEL CELL

    در مقاله قبل گفته شد که هیدروژن با داشتن مزایای متعدد می‌تواند به عنوان جایگزینی مناسب برای سوخت‌های معمول به کار رود. در این مقاله به معرفی ساختمان پیل‌های سوختی و انواع آنها پرداخته می‌شود.

    تصویر1-برق الکترونیک آموزش فناوری در علمها:  پیل سوختی

    • پیل سوختی چیست؟

    پیل سوختی وسیله‌ای است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. عملکرد پیل سوختی مانند باتری نیست که انرژی را ذخیره کند بلکه پیل سوختی حالتی از انرژی به حالت دیگر تبدیل می‌کند، به طوری که در این تبدیل مواد داخل پیل مصرف نمی‌شوند . گاز هیدروژن به دلیل تمایل واكنش دهندگی بالا، فراوانی و عدم آلایندگی محیط زیست، به عنوان سوخت ایده‌آل در پیل‌سوختی مورد استفاده قرار می‌گیرد.


    •  ساختمان پیل سوختی

    هر پیل سوختی از سه جزء اصلی تشکیل شده‌است: الکترود آند، الکترود کاتد و الکترولیت یا غشا. گاز هیدروژن که به عنوان سوخت به کار می‌رود، به الکترود آند وارد شده و در آنجا با از دست دادن الکترون، اکسایش می‌یابد. طی این واکنش یون هیدروژن مثبت و الکترون تولید می‌شوند. یون‌های هیدروژن به همراه الکترون‌ها از کاتد به آند انتقال می‌یابند. انتقال یون‌های هیدروژن از طریق الکترولیت و انتقال الکترون از طریق یک مدار خارجی صورت می‌گیرد. اکسیژن موجود در کاتد با الکترون‌ها و یون‌های هیدورژن واکنش داده، آب تولید می‌کند. شکل 1 شمایی کلی از یک پیل سوختی را نشان می‌دهد.

    تصویر1-برق الکترونیک آموزش فناوری در علمها:  پیل سوختی

    تصویر 1- شمای کلی از یک پیل سوختی

    واکنش‌های اکسایش-کاهش:
    اصطلاح اکسایش، پیش‌تر برای واکنش‌های ترکیب مواد با اکسیژن به کار می‌رفت و کاهش به عنوان برداشتن اکسیژن از یک ترکیب اکسیژن‌دار، تعریف می‌شد. اما امروزه اکسایش و کاهش بر اساس تغییر عدد اکسایش تعریف می‌شود. اکسایش فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم افزایش می‌یابد و کاهش، فرایندی است که در آن عدد اکسایش یک اتم کم می‌شود.



    •  انواع پیل‌های سوختی

    پیل‌های سوختی را به طور معمول، بر اساس نوع الکترولیتی که در آن به کار می‌رود، به پنج دسته طبقه‌بندی می‌کنند:

    1. پیل‌های سوختی قلیایی
    2. پیل‌های سوختی كربنات مذاب
    3. پیل‌های سوختی اسید فسفریك
    4. پیل‌های سوختی اكسید جامد
    5. پیل‌های سوختی پلیمری

    از نگاهی دیگر، طبقه‌بندی پیل‌های سوختی بر اساس دمایی است که پیل سوختی در آن کار می‌کند. بر این اساس پیل‌های سوختی به دو دسته کلی پیل سوختی دما بالا و پیل سوختی دما پایین تقسیم‌بندی می‌شوند. در جدول 1 دمایی که انواع پیل‌های سوختی در آن کار می‌کنند، به همراه نوع الکترولیت و نام اختصاری آنها نشان داده شده است.

    نوع پیل سوختی نام اختصاری الکترولیت دمای کارکرد (C°)
    پیل سوختی پلیمری PEM2 نفیون (نوعی پلیمر) 80-100
    100 -80 پیل سوختی قلیایی  AFC3  پتاس 80-100
     پیل سوختی اسید فسفریك  PAFC4  اسید فسفریک 200-220
     پیل سوختی كربنات مذاب  MCFC5  نمک کربنات مذاب 650
     پیل سوختی اكسیدجامد  SOFC6  YSZ ( نوعی سرامیک) 1000
    • مزایا و معایب پیل‌های سوختی
    1.  مزایای پیل‌های سوختی
      - داشتن بازدهی بالا نسبت به وسایلی که از سوخت‌های شیمیایی معمول نظیر نفت و بنزین استفاده می‌کنند.
      - سازگاری با محیط زیست؛ چون تنها محصول جانبی ایجاد شده در پیل‌های سوختی آب می‌باشد.
      - عدم آلودگی صوتی؛ از آن‌جایی‌که در پیل‌های سوختی اجزای متحرک وجود ندارد، این وسیله بسیار بی‌صدا و آرام است.
      - هزینه نصب کم و راه‌اندازی آسان
    2. معایب پیل‌های سوختی
      - ناشناخته بودن فناوری پیل‌های سوختی در جهان
      - گران بودن؛ از آنجایی که هنوز خطوط تولید پیل‌های سوختی وجود ندارد، تولید انبوه آنها بسیار گران است. علاوه براین، در ساخت این وسایل از برخی مواد گران قیمت (مانند کاتالیزورها) نیز استفاده می‌شود.
    • زمینه‌های مختلف استفاده از پیل‌های سوختی:

    از پیل‌سوختی می‌توان در زمینه‌های مختلفی برای تولید انرژی استفاده کرد، که معمول‌ترین آنها عبارتند از:

    1- حمل ونقل (خودروهای سواری و وسایط نقلیه عمومی): امروزه همه تولید‌کنندگان عمده خودرو بر روی تولید تجاری خودروهای پیل سوختی سرمایه‌گذاری کرده‌اند. پیل‌های سوختی می‌توانند به عنوان مولد انرژی در اتوبوس‌ها، قایق‌ها، هواپیماها و حتی دوچرخه‌ها نیز استفاده شوند (شکل 2).




    تصویر 2- پیل‌های سوختی می توانند در انواع وسایل نقلیه استفاده شوند. پیل سوختی می‌تواند در قسمت عقب یا جلوی وسیله نقلیه قرار داده شود.

    2- نیروگاه‌ها (نیروگاه‌های متمركز و غیرمتمركز اعم از خانگی، تجاری، صنعتی): پیل‌های سوختی نسبتاً آرام و بی‌صدا هستند لذا جهت تولید برق محلی مناسب‌اند. علاوه بر کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاه‌ها می‌توان جهت گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.
    وسایل الکترونیکی قابل حمل (تلفن‌های همراه، رایانه‌های شخصی و ...): باتری‌ها برای بسیاری از وسایل قابل حمل مانند کامپیوترهای کیفی و تلفن‌های همراه نامناسب‌اند. باتری‌ها پرهزینه، سنگین و مزاحم هستند و اغلب در بدترین مواقع به شارژ نیاز دارند. پیشرفت‌های اخیر در فن‌آوری پیل سوختی ممکن است به حل این مشکل بینجامد. چند گروه پژوهشی در حال ابداع «ریز پیلهای سوختی» هستند که به تلفن‌های همراه امکان می‌دهد در حالت آماده برای هفته‌ها کار کنند(شکل 3).


    پیل های سوختی
    تصویر 3- پیل های سوختی می‌توانند برای شارژ کردن انواع وسایل الکترونیکی قابل حمل (تلفن‌های همراه، رایانه‌های شخصی) استفاده شوند.

    4- صنایع نظامی: پیل‌های سوختی که در دمای پایین کار می‌کنند در تانك‌ها، زره‌پوش و خودروهای نظامی استفاده می‌شوند. چون در این دسته از پیل‌های سوختی هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد پس كم صدا بوده و از آنجایی که درجه حرارت پایین نیز کار می‌کنند ردیابی این خودروها نسبت به خودروهای با موتور درون‌سوز مشكل‌تر خواهد بود. پیل‌های سوختی پلیمری که در دمای پایین کار می کند، بیشتر در خودرو و وسایل قابل حمل کاربرد دارد. پیل سوختی اکسید جامد که در دماهای بالاتر به کار می افتد، در نیروگاه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد
    • کاتالیزور و نقش آن در پیل سوختی

    واکنش‌هایی که در پیل سوختی اتفاق می‌افتند، از دسته واکنش‌های اکسایش و احیا هستند و سرعت انجام آنها آهسته می‌باشد. بنابراین در پیل‌های سوختی که در دمای کم کار می‌کنند، مانند پیل سوختی پلیمری، برای بالا بردن بازده پیل سوختی باید از کاتالیزور استفاده کرد.


    کاتالیزور:
    کاتالیزور ماده‌ای است که سرعت یک واکنش شیمیایی را زیاد می‌کند، بدون این‌که خود در جریان واکنش مصرف شود. از این رو؛ کاتالیزور را می‌تون بدون تغییر، در پایان واکنش بازیابی کرد



    برای افزایش سرعت واکنش پیل‌های سوختی، باید در آند و کاتد از کاتالیزور استفاده کرد. انتخاب کاتالیزور مسئله مهمی است و از هر ماده‌ای نمی‌توان به عنوان کاتالیزور استفاده نمود. کاتالیزوری که واکنش‌های پیل سوختی را سرعت می‌دهد فلز پلاتین است. وقتی هیدروژن به آند وارد می‌شود به کاتالیزور پلاتین می‌رسد و در تماس با آن راحت‌تر اکسید می‌شود. در کاتد نیز گاز اکسیژن بعد از ورود، به کاتالیزور برخورد می‌کند و واکنش کاتدی نیز در حضور پلاتین تسریع می‌شود.

    شاید بدانید که فلز پلاتین بسیار گران‌قیمت می‌باشد و همین مسئله سبب افزایش قیمت یک پیل سوختی پلیمری خواهد شد. همین قیمت بالای پیل سوختی باعث شده است که علی‌رغم تمام مزیت‌های پیل سوختی پلیمری، هنوز محصولاتی که با این فناوری کار می‌کنند به صورت تجاری مورد استفاده قرار نگیرند. برای استفاده از پیل سوختی پلیمری باید قیمت آن را کاهش داد. چگونه؟
    فناوری‌نانو با ارائه‌ی پیشنهادهایی دراین زمینه، شاید بتواند مشکل را حل کند. در صورتی‌که می‌خواهید بدانید فناوری نانو چگونه این مشکل را رفع می‌کند ، در مقاله‌ی بعدی به آن خواهیم پرداخت .

    منبع : نانو کلوب
    گردآوری و ویرایش : علمها

    برچسب ها : Fuel cell، پیل سوختی چیست، پیل سوختی چگونه کار می کند، روش کار پیل سوختی، آشنایی با پیل های سوختی، ساختمان پیل های سوختی، انواع پیل های سوختی،


    موضوعات علم ها

    CSS Drop Menus Css3Menu.com


    پیوندها
    آمار علم ها
    • کل بازدید :
    • بازدید امروز :
    • بازدید دیروز :
    • بازدید این ماه :
    • بازدید ماه قبل :
    • تعداد نویسندگان :
    • تعداد کل پست ها :
    • آخرین بازدید :
    • آخرین بروز رسانی :
    ویدیو های علمها

    تاریخ امروز

    انجمن علمها
    نمونه سوالات امتحانی
    مقالات علمی
    تست شخصیت
     
    تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است :