مقدمه ای بر 5 نوع پیل سوختی

یک سلول سوختی غشایی تبادل پروتون از یک غشای مبادله پروتون به عنوان الکترولیت استفاده می کند. در این نوع پیل سوختی، گاز هیدروژن از طریق آند تغذیه می شود در حالی که گاز اکسیژن به کاتد عرضه می شود و غشای تبادل پروتون به عنوان الکترولیت بین آنها عمل می کند. در طی واکنش الکتروشیمیایی، گاز هیدروژن در آند به پروتون و الکترون تقسیم می شود. در حالی که پروتون ها از غشای تبادل پروتون عبور می کنند، الکترون ها از طریق یک مدار خارجی جریان می یابند و نیروی الکتریکی تولید می کنند. در کاتد، اکسیژن با پروتون ها و الکترون ها ترکیب می شود و بخار آب را به عنوان محصول جانبی تولید می کند. PEMFC ها مزایایی مانند چگالی توان بالا، زمان راه اندازی سریع و تبدیل با راندمان بالا را ارائه می دهند که باعث می شود به طور گسترده در وسایل حمل و نقل مانند اتومبیل ها و کامیون های سبک استفاده شوند.

یک پیل سوختی قلیایی از محلول هیدروکسید پتاسیم به عنوان الکترولیت استفاده می کند. در AFC ها، گاز هیدروژن در آند به یون های هیدروژن و الکترون ها تجزیه می شود. یون های هیدروژن از محلول هیدروکسید پتاسیم عبور می کنند، در حالی که الکترون ها از طریق یک مدار خارجی جریان می یابند و نیروی الکتریکی تولید می کنند. در کاتد، اکسیژن با یون‌های هیدروژن و الکترون‌ها ترکیب می‌شود و در نتیجه آب به‌عنوان محصول جانبی تولید می‌شود. AFC ها تبدیل و دوام با راندمان بالایی دارند، اما به دلیل خورندگی محلول هیدروکسید پتاسیم، کاربرد گسترده ای در مناطق خاصی مانند هوا فضا و دفاع پیدا می کنند.

یک پیل سوختی اسید فسفریک از اسید فسفریک به عنوان الکترولیت استفاده می کند. در PAFC ها، گاز هیدروژن در آند به پروتون و الکترون تقسیم می شود. پروتون ها از طریق الکترولیت اسید فسفریک مهاجرت می کنند، در حالی که الکترون ها از طریق یک مدار خارجی جریان می یابند و نیروی الکتریکی تولید می کنند. در کاتد، اکسیژن با پروتون ها و الکترون ها ترکیب می شود و آب را به عنوان محصول جانبی تولید می کند. PAFC ها تبدیل و پایداری با راندمان بالا را ارائه می دهند که معمولاً در مجموعه های ژنراتور و سیستم های تولید همزمان اعمال می شود.

یک پیل سوختی اکسید جامد از یک ماده اکسید جامد به عنوان الکترولیت استفاده می کند. در یک SOFC، گاز هیدروژن در آند به پروتون و الکترون تجزیه می شود. پروتون ها از طریق الکترولیت اکسید جامد مهاجرت می کنند، در حالی که الکترون ها از طریق یک مدار خارجی جریان می یابند و نیروی الکتریکی تولید می کنند. در کاتد، اکسیژن با ترکیب شدن با پروتون ها و الکترون ها تحت اکسیداسیون قرار می گیرد و یون های اکسیژن تولید می کند. این یون‌های اکسیژن از طریق الکترولیت اکسید جامد به آند برگشته و در آنجا با گاز هیدروژن واکنش داده و بخار آب را به عنوان محصول جانبی تولید می‌کنند. SOFC ها مزایایی مانند تبدیل با راندمان بالا، انعطاف پذیری سوخت و طول عمر طولانی را ارائه می دهند که باعث می شود در مجموعه های ژنراتور و سیستم های تولید همزمان استفاده شوند.

سلول سوختی کربنات مذاب (MCFC) نیز یک پیل سوختی با دمای بالا است که از کربنات مذاب به عنوان الکترولیت استفاده می کند. در MCFC، گاز سوختی معمولاً از مخلوطی از هیدروژن و دی اکسید کربن تشکیل شده است. این گازها در ناحیه واکنش آند به یون های کربنات و الکترون ها تجزیه می شوند. یون های کربنات می توانند از طریق الکترولیت کربنات مذاب در دماهای بالا مهاجرت کنند و در ناحیه واکنش کاتد با اکسیژن ترکیب شوند و آب، دی اکسید کربن و الکترون تولید کنند. الکترون ها از طریق یک مدار خارجی جریان می یابند و نیروی الکتریکی تولید می کنند. دمای عملیاتی MCFC ها به طور کلی بین 600 تا 700 درجه سانتیگراد است.