پیل های سوختی متانولی

                                        

در پیل های سوختی متانولی  همانند پیل های سوختی پلیمری یک غشای پلیمری نقش الکترولیت را دارد و یون های هیدروژن( پروتون) حمل کننده ی بار می باشند. متانول مایع در حضورآب اکسید می شود و دی اکسید کربن، الکترون و پروتون در آند تولید می شود. الکترون ها از مسیر خارجی به سمت کاتد حرکت کرده ودر آن جا با پروتونی که از غشای پلیمری عبور کرده واکسیژن هوا واکنش داده و آب تولید می شود. که واکنش های آن بصورت زیر است.

واکنش آندی:

CH3OH + H2O → CO2 + 6p + 6e        

واکنش کاتدی:

3/2O2 + 6p + 6e → 3 H2O             

 واکنش کلی:

CH3OH + 3/2O2 → CO2 + 2H2O         

در این پیل های سوختی متانول مایع مستقیما بعنوان سوخت بکارمی رود و نیازی به ریفرمینگ الکل برای تولید هیدروژن نمی باشد. تنها محصولات پیل های سوختی متانولی آب ودی اکسید کربن (به مقدار خیلی کم) می باشد که این باعث می شود آلودگی پایینی داشته باشند. به دلیل اینکه متانول مایع است حمل و نقل و نگه داری آن بسیار آسان تر و بی خطر تر( منفجر نمی شود) از هیدروژن می باشد. همچنین متانول چگالی انرژی بالایی دارد و مقداری کم از آن برای مدتی طولانی جواب می دهد.

پیل های سوختی متانولی در حال حاضر در بازار هستند اما با این وجود محدودیت هایی دارند، مثلا نیفیون( Nafion) که در حال حاضر در این پیل ها به عنوان الکترولیت استفاده می شود بسیار گرانقیمت است و مهم تر از آن نسبت به متانول نفوذپذیر است و اجازه می دهد مقداری از سوخت از مرکز پیل عبور کند که علاوه بر ضرر های دیگری که دارد باعث هدر رفتن سوخت و پایین آمدن کارایی می شود.

مهندسین شرکت MIT که بر روی پیل های سوختی متانولی تمر کز کرده اند جدیدا ماده ای ساخته اند که بطور قابل ملاحظه ای ارزانتر از نیفیون بوده و کار آیی پیل های سوختی متانولی را تا بالای پنجاه درصد افزایش می دهد.

 

این این ماده نسبت به متانول نفوذناپذیر است اما بطور مطلوبی هادی پروتون است. در آزمایشی که انجام شد نیفیون را با لایه ی نازکی از این ماده پوشاندند و آن را داخل یک پیل سوختی متانولی  جا سازی کردند نتیجه اینکه کارآیی پیل سوختی به بالای پنجاه در صد افزیش یافت. مهندسین MIT هم اکنون در حال تحقیق برای حذف کامل نیفیون واستفاده از این ماده بعنوان الکترولیت می باشند.

منبع:

http://www.futuremorf.com/

                                                                                                          در تاریخ یکم نواامبر ۲۰۰۷ شرکت تکنولوژی پیل سوختی Horizon یک نیرو محرکه ی پیل سوختی را به نمایش گذاشت که یک وسیله ی هوایی بدون سر نشین(UAV) را قادر ساخت رکورد جدیدی را در مسافت ثبت کند.

این محصول با هدایت دو آزمایشگاه تحقیقاتی جو زمین آمریکایی و حمایت NASA و مرکز تحقیقات پرواز Dryden و دفتر نیروی هوایی آمریکاو موسسه ی علمی ملی موفق به ثبت رکورد 78 مایل(KM128) در ایالت کالیفرنیا شد. رکورد قبلی برابر 28 مایل در سال 2006 در استونیا بدست آمده بود. و مهمتر این مورد است که این رکورد تنها با استفاده از 25% از ظرفیت منبع هیدروژن بدست آمده بود. این UAV می تواند تا 500KM پرواز کند که چند برابر رکورد قبلی می باشد.

مزایای استفاده از پیل سوختی درUAV ها:  

1.کار آیی بالا در تولید الکتریسیته از واکنش اکسیژن و هیدروژن بدون احتراق.

2.زمان پرواز طولانی تر نسبت به نیرو محرکه های دیگر. 

3.تولید صدای کمتر در هنگام عمل کردن.

4.اثر دمایی کمتر.

5.قابلیت اطمینان بیشتر نسبت به باطری ها و دیگر روش های نیرو محرکه که در UAV ها استفاده میشود. 

6.دانسیته انرژی پیل سوختی بیشتر از باطری هاست ( دانسیته ی انرژی این پیل سوختی 2.6 برابر بهترین باطری های در دسترس است).

این پروژه ی UAV که Pterosoar نامیده می شود نتیجه ی تلاش مشترک دکتر Maj Mirmirani رییس  بخش مهندسی مکانیک دانشگاه کالیفرنیا و دکتر Andy Arena از آزمایشگاه مهندسی ایالت اکالاهما می باشد.

شرکت Horizon یک شرکت سنگاپوری است که بهترین سیستم های تولید انرژی را برای UAV ها ارایه داده است.

به دلیل شکل دماغ اینUAV  نام Pterosoar برای برای آن انتخاب شده است ( به معنی موجود ماقبل تاریخ).

مقدمه

یک مدل جدید از پیل های سوختی مقدار کمی الکتریسیته از شکر تولید می کند. اگر این تکنولوژی برای تولید انبوه قابل ترقی باشد، چند قطره از نوشیدنی بدون الکل مورد علاقه ی شما برای شارژ کردن گوشی شما کافی است. در پیل های سوختی واکنش های شیمیایی جریان الکتریکی تولید می کنند. این فرآیند معمولا بر فلزات گرانبها مثل پلاتین متکی است، که بعنوان کاتالیست ایفای نقش می کنند. در پیل های سوختی زیستی آنزیم ها نقش کاتالیست را برای تفکیک شکر و استخراج الکترون و تولید انرژی ایفا می کنند.

 مکانیزم

محققان در دانشگاه لوییس پلیمرهایی- پاکت میکروسکوپی- را تولید کرده اند که در اطراف یک  انزیم می پیچند و از آن محافظت می کنند. این پلیمر ها آنزیم را بجای چند روز، به مدت چند ماه فعال نگه می دارند. در این پیل های سوختی جدید، کیسه های پلیمری کوچک از آنزیم در غشایی جا سازی شده اند که یکی از الکترود ها را پوشانده است. وقتی گلوکز از محلول شکری به یک پاکت نفوذ می کند آنزیم آنرا اکسید می کند و الکترون و پروتون آزاد می شود. الکترون ها از غشا عبور می کنند و به یک سیم وارد می شوند و از میان سیم به الکترود دیگر می رسند و در آنجا با اکسیژن جو واکنش می دهند و آب تولید می شود. مسیر حرکت الکترون ها در میان سیم یک جریان الکتریکی تشکیل می دهد که می تواند جریان الکتریکی تولید کند.

مزیت ها

1. صرفه جویی در هزینه ی ساخت، با حذف فلزات نوبل

2. افزایش دامنه ی استفاده از سوخت ها با استفاده از آنزیم

3. کاملا زیست تجزیه پذیر بودن در مقایسه با پیل های سوختی و باتری های حال حاضر

مشکلات

پیل های زیستی حال حاضر، گلوکز را فقط به مقدار اندکی اکسید می کنند در نتیجه فقط به مقدار کمی انرژی تولید می کنند. محققان در حال تحقیق هستند تا آنزیم دیگری را به کار گیرند تا بتوانند انرژی بیشتری از شکراستخراج کنند.

 

 

 

پيل هاي سوختی اكسيد جامد(SOFC)

از يك لايه ي نازك اكسيد جامد، كه مي تواند يون اكسيد را از خود عبور دهد، به عنوان الكتروليت استفاده مي كنند. به اين صورت كه در الكترود آند، ملكول هيدروژن با يون اكسيد واكنش مي دهد و ملكول آب والكترون توليد مي شود. الكترون از مسير خارجي حركت كرده و به الكترود كاتد مي رسد  ودر آنجا با ملكول اكسيژن واكنش مي دهد و يون اكسيد توليد مي كند وچرخه به همين شكل تكرار مي شود:

واکنش آند :	۲H۲ + ۲O۲-  => ۲H۲O + ۴ e
واکنش کاتد:	-O۲  + ۴e- =>۲ O۲
واکنش کلی:	۲H۲ + O۲ => ۲ H۲O

پيل هاي سوختي فسفريك اسيد(PAFC)

پيل هاي سوختي فسفريك اسيد از يك محلول فسفريك اسيد كه غلظت آن حدود 100 درصد است، به عنوان الكتروليت استفاده مي كنند. در الكترود آند، ملكول هيدروژن به الكترون وپروتون شكافته مي شود. الكترون ها از مسير خارجي و پروتون ها از الكتروليت عبور مي كنند وبه الكترود آند مي رسند و در آنجا با اكسيژن واكنش مي دهند وآب توليد مي شود:

واکنش آند :	۲H۲ + ۴ OH- => ۴ H۲O + ۴ e
واکنش کاتد:	O۲ + ۴H+ + ۴e- => ۲ H۲O
واکنش کلی:	۲H۲ + O۲ => ۲ H۲O