پیل سوختی شماره 1 - قلب مادر (جستجوی رحم مادر)
آلیوی اولین پیل سوختی را قبل از رسیدن به ظرفیت کامل پیدا می کند. جهان باز. پس از Initiation، قهرمان ما خود را در قلب مادر، مکان مقدس قبیله نورا و اقامتگاه Matriarchs خواهد یافت.

آلوی که از رختخواب بیرون می‌آید، به‌طور متوالی از چندین اتاق عبور می‌کند و در یکی از آنها با دری مهر و موم شده روبرو می‌شود که باز نمی‌شود. به اطراف نگاه کنید - در نزدیکی یک محور تهویه تزئین شده با شمع های سوزان وجود خواهد داشت. شما باید به آنجا بروید.

پس از عبور از معدن، خود را پشت دری قفل شده خواهید دید. با هدفی مرموز به زمین در کنار شمع ها و بلوک دیوار نگاه کنید - اینجا یک سلول سوختی وجود دارد.

مهم:اگر اکنون این پیل سوختی را انتخاب نکنید، تنها در مراحل بعدی بازی، پس از تکمیل کوئست «قلب نورا»، می‌توانید دوباره به این مکان برسید.

پیل سوختی شماره 2 - خرابه
آلوی قبلاً به این خرابه‌ها رفته است - او در کودکی اینجا افتاد. پس از اتمام شروع، ارزش آن را دارد که دوران کودکی خود را به یاد بیاورید و دوباره به اینجا برگردید - برای برداشتن سلول سوختی دوم.

ورودی خرابه ها به این شکل است، جسورانه بپرید.

شما به اولین سطح خرابه ها نیاز دارید، قسمت پایین سمت راست، که با رنگ بنفش بر روی نقشه مشخص شده باشد. اینجا دری هست که آلوی با نیزه اش باز می کند.

پس از عبور از در، از پله‌ها بالا بروید و به راست بپیچید - آلوی در جوانی نمی‌توانست از این استالاکتیت‌ها عبور کند، اما اکنون او بحث می‌کند. دوباره نیزه را بیرون بیاورید و استالاکتیت ها را بشکنید - مسیر روشن است، تنها چیزی که باقی می ماند این است که عنصر سوخت را که روی میز قرار دارد بردارید.

پیل سوختی شماره 3 - حد کارشناسی ارشد (وظیفه حد کارشناسی ارشد)
بریم شمال در طول تلاش داستانی Master's Reach، آلوی خرابه های غول پیکر Forerunners را بررسی می کند. پیل سوختی دیگری در طبقه دوازدهم خرابه ها پنهان شده است.

شما باید نه تنها به سطح بالای خرابه ها صعود کنید، بلکه باید کمی بالاتر هم بروید. در امتداد بخش باقی مانده از ساختمان بالا بروید تا زمانی که خود را در یک منطقه کوچک باز در برابر همه بادها بیابید.

این همان جایی است که سومین سلول سوختی قرار دارد. تنها چیزی که باقی می ماند پایین رفتن است.

پیل سوختی شماره 4 - Treasure of Death (جستجوی گنج مرگ)
این پیل سوختی نیز در قسمت شمالی نقشه پنهان است، اما به سرزمین های قبیله نورا بسیار نزدیکتر است. Aloy همچنین در طول ماموریت داستانی به اینجا خواهد آمد.

برای رسیدن به عنصر، آلوی باید منبع تغذیه را به درب مهر و موم شده واقع در سطح سوم محل بازگرداند.

برای انجام این کار، شما باید یک پازل کوچک را حل کنید - در سطح زیر درب دو بلوک از چهار تنظیم کننده وجود دارد.

ابتدا اجازه دهید به بلوک چپ تنظیم کننده بپردازیم. تنظیم کننده اول باید به بالا "نگاه کند" ، دومی "به راست" ، سومی "به سمت چپ" و چهارمی "پایین".

بیایید به سمت بلوک سمت راست حرکت کنیم. شما به دو رگولاتور اول دست نزنید، رگولاتور سوم و چهارم باید به پایین نگاه کنند.

ما یک سطح بالا می رویم - اینجا آخرین بلوک تنظیم کننده است. ترتیب صحیح این است: بالا، پایین، چپ، راست.

اگر همه کارها را به درستی انجام دهید، رنگ تمام رگولاتورها به فیروزه ای تغییر می کند، منبع تغذیه بازیابی می شود. به سمت در بروید و آن را باز کنید - اینجا یک پیل سوختی دیگر است.

پیل سوختی شماره 5 - GAIA Prime (وظیفه Fallen Mountain)
در نهایت، آخرین پیل سوختی - و دوباره طبق وظیفه طرح. آلوی به خرابه های GAIA Prime سفر می کند.

زمانی که به سطح سوم می رسید مراقب باشید. در نقطه ای، در مقابل Aloy یک پرتگاه جذاب وجود خواهد داشت که می توانید با طناب در آن پایین بروید - نیازی به رفتن به آنجا ندارید.

بهتر است به چپ بپیچید و غار پنهان را کاوش کنید، اگر با دقت از دامنه کوه پایین بروید، می توانید وارد آن شوید.

برو داخل و تا انتها جلو برو. در آخرین اتاق سمت راست قفسه ای وجود دارد که آخرین پیل سوختی روی آن قرار دارد.

سلول سوختی- چیه؟ کی و چگونه ظاهر شد؟ چرا این مورد نیاز است و چرا امروزه اغلب در مورد آنها صحبت می کنند؟ کاربردها، ویژگی ها و خواص آن چیست؟ پیشرفت غیرقابل توقف نیاز به پاسخ به همه این سوالات دارد!

پیل سوختی چیست؟

سلول سوختی- منبع جریان شیمیایی یا مولد الکتروشیمیایی است؛ وسیله ای است برای تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی. در زندگی مدرن، منابع انرژی شیمیایی در همه جا استفاده می شود و باتری هستند. تلفن های همراه، لپ تاپ ها، PDA ها و همچنین باتری های خودروها، منابع منبع تغذیه اضطراریو غیره مرحله بعدی در توسعه این منطقه، توزیع گسترده پیل های سوختی خواهد بود و این یک واقعیت انکارناپذیر است.

تاریخچه پیل های سوختی

تاریخچه پیل‌های سوختی داستان دیگری در مورد این است که چگونه خواص ماده، زمانی که در زمین کشف شد، کاربرد گسترده‌ای در فضا پیدا کرد و در آغاز هزاره از آسمان به زمین بازگشت.

همه چیز در سال 1839 شروع شد، زمانی که شیمیدان آلمانی کریستین شونبین اصول پیل سوختی را در مجله فلسفی منتشر کرد. در همان سال، ویلیام رابرت گروو، یک انگلیسی و فارغ التحصیل دانشگاه آکسفورد، پیل گالوانیکی را طراحی کرد که بعداً سلول گالوانیکی گروو نامیده شد و به عنوان اولین پیل سوختی نیز شناخته شد. نام "پیل سوختی" به این اختراع در سالگرد آن - در سال 1889 داده شد. لودویگ موند و کارل لنگر نویسندگان این اصطلاح هستند.

کمی قبل از آن، در سال 1874، ژول ورن، در رمان جزیره اسرارآمیز خود، وضعیت فعلی انرژی را پیش بینی کرد و نوشت: "آب روزی به عنوان سوخت استفاده می شود، هیدروژن و اکسیژنی که از آن تشکیل شده است استفاده می شود."

در همین حال، تکنولوژی جدید منبع تغذیه به تدریج بهبود یافت و از دهه 50 قرن بیستم، یک سال بدون اعلام آخرین اختراعات در این زمینه نمی گذرد. در سال 1958، اولین تراکتور با پیل سوختی در ایالات متحده در سال 1959 ظاهر شد. منبع تغذیه 5 کیلووات برای دستگاه جوش و غیره آزاد شد. در دهه 70، فناوری هیدروژن به فضا پرتاب شد: هواپیماها و موتورهای موشکی با نیروی هیدروژن ظاهر شدند. در دهه 60، RSC Energia سلول های سوختی را برای برنامه قمری شوروی توسعه داد. برنامه Buran نیز بدون آنها نمی تواند کار کند: سلول های سوختی قلیایی 10 کیلووات توسعه یافته است. و در اواخر قرن، سلول های سوختی از ارتفاع صفر از سطح دریا عبور کردند - بر اساس آنها، منبع تغذیهزیردریایی آلمانی با بازگشت به زمین، اولین لوکوموتیو در سال 2009 در ایالات متحده به بهره برداری رسید. به طور طبیعی، روی سلول های سوختی.

در تمام تاریخ شگفت انگیز پیل های سوختی، نکته جالب این است که چرخ همچنان اختراع بشر است که در طبیعت مشابهی ندارد. واقعیت این است که در طراحی و اصل عملکرد آنها، سلول های سوختی شبیه به یک سلول بیولوژیکی هستند که در اصل یک پیل سوختی هیدروژن-اکسیژن مینیاتوری است. در نتیجه انسان بار دیگر چیزی را اختراع کرد که طبیعت میلیون ها سال از آن استفاده می کرد.

اصل عملکرد پیل های سوختی

اصل عملکرد پیل‌های سوختی حتی از برنامه درسی شیمی مدرسه نیز آشکار است، و دقیقاً این چیزی بود که در آزمایش‌های ویلیام گروو در سال 1839 بیان شد. مسئله این است که فرآیند الکترولیز آب (تفکیک آب) برگشت پذیر است.همانطور که درست است که وقتی جریان الکتریکی از آب عبور می‌کند، آب به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می‌شود، عکس آن نیز صادق است: هیدروژن و اکسیژن را می‌توان برای تولید آب و برق ترکیب کرد. در آزمایش گروو، دو الکترود در محفظه‌ای قرار داده شدند که بخش‌های محدودی از هیدروژن و اکسیژن خالص تحت فشار وارد می‌شد. به دلیل حجم کم گاز و همچنین به دلیل خواص شیمیایی الکترودهای کربن، واکنش کندی در محفظه با آزاد شدن گرما، آب و از همه مهمتر ایجاد اختلاف پتانسیل بین الکترودها رخ داد.

ساده ترین پیل سوختی شامل یک غشای ویژه است که به عنوان الکترولیت استفاده می شود و در دو طرف آن الکترودهای پودری اعمال می شود. هیدروژن به یک طرف (آند) و اکسیژن (هوا) به طرف دیگر (کاتد) می رود. واکنش های شیمیایی مختلف در هر الکترود رخ می دهد. در آند، هیدروژن به مخلوطی از پروتون و الکترون تجزیه می شود. در برخی از پیل‌های سوختی، الکترودها توسط یک کاتالیزور احاطه شده‌اند که معمولاً از پلاتین یا سایر فلزات نجیب ساخته شده است که واکنش تجزیه را افزایش می‌دهد:

2H 2 → 4H + + 4e -

که در آن H2 یک مولکول هیدروژن دو اتمی است (شکلی که در آن هیدروژن به صورت گاز وجود دارد). H + - هیدروژن یونیزه (پروتون)؛ e - - الکترون.

در سمت کاتد پیل سوختی، پروتون‌ها (که از الکترولیت عبور کرده‌اند) و الکترون‌ها (که از بار خارجی عبور کرده‌اند) دوباره ترکیب می‌شوند و با اکسیژن عرضه‌شده به کاتد واکنش می‌دهند و آب تشکیل می‌دهند:

4H + + 4e - + O 2 → 2H 2 O

واکنش کلدر پیل سوختی به این صورت نوشته شده است:

2H 2 + O 2 → 2H 2 O

عملکرد یک پیل سوختی بر این واقعیت استوار است که الکترولیت اجازه می دهد تا پروتون ها از آن عبور کنند (به سمت کاتد)، اما الکترون ها این کار را نمی کنند. الکترون ها در طول یک مدار رسانای خارجی به کاتد حرکت می کنند. این حرکت الکترون ها یک جریان الکتریکی است که می تواند برای به حرکت درآوردن یک وسیله خارجی متصل به پیل سوختی (یک بار، مانند یک لامپ) استفاده شود:

سلول های سوختی از سوخت هیدروژن و اکسیژن برای کار استفاده می کنند. ساده ترین راه با اکسیژن است - از هوا گرفته می شود. هیدروژن را می توان مستقیماً از یک ظرف خاص یا با جداسازی آن از یک منبع سوخت خارجی (گاز طبیعی، بنزین یا متیل الکل - متانول) تامین کرد. در مورد منبع خارجی، برای استخراج هیدروژن باید از نظر شیمیایی تبدیل شود. در حال حاضر، بیشتر فناوری‌های پیل سوختی در حال توسعه برای دستگاه‌های قابل حمل از متانول استفاده می‌کنند.

ویژگی های پیل های سوختی

سلول های سوختی مشابه باتری های موجود هستند به این معنا که در هر دو مورد انرژی الکتریکی از انرژی شیمیایی به دست می آید. اما تفاوت های اساسی نیز وجود دارد:

• آنها فقط تا زمانی کار می کنند که سوخت و اکسید کننده از یک منبع خارجی تامین شود (یعنی نمی توانند انرژی الکتریکی را ذخیره کنند).

  ترکیب شیمیایی الکترولیت در حین کار تغییر نمی کند (پیل سوختی نیازی به شارژ مجدد ندارد)

  آنها کاملاً مستقل از برق هستند (در حالی که باتری های معمولی انرژی را از شبکه اصلی ذخیره می کنند).

هر پیل سوختی ایجاد می کند ولتاژ 1 ولت. ولتاژ بالاتر با اتصال سری آنها به دست می آید. افزایش قدرت (جریان) از طریق تحقق می یابد اتصال موازیآبشارهای پیل سوختی متصل به سری

در پیل های سوختی هیچ محدودیت جدی در کارایی وجود نداردمانند موتورهای حرارتی (بازده چرخه کارنو بالاترین بازده ممکن در بین تمام موتورهای حرارتی با حداقل و حداکثر دما یکسان است).

بازدهی بالااز طریق تبدیل مستقیم انرژی سوخت به برق حاصل می شود. هنگامی که مجموعه دیزل ژنراتور ابتدا سوخت را می سوزاند، بخار یا گاز حاصل، یک توربین یا شفت موتور احتراق داخلی را می چرخاند که به نوبه خود یک ژنراتور الکتریکی را می چرخاند. نتیجه حداکثر بازدهی 42٪ است، اما بیشتر اوقات حدود 35-38٪ است. علاوه بر این، به دلیل لینک های زیاد، و همچنین به دلیل محدودیت های ترمودینامیکی در حداکثر راندمان حرارتیبعید است راندمان موجود بالاتر برود. برای پیل های سوختی موجود راندمان 60-80٪,

کارایی تقریبا به ضریب بار بستگی ندارد,

ظرفیت چندین برابر استنسبت به باتری های موجود،

کامل بدون انتشارات مضر برای محیط زیست. فقط بخار آب خالص و انرژی حرارتی آزاد می شود (بر خلاف دیزل ژنراتورها که اگزوزهای آلاینده دارند و نیاز به حذف آنها دارند).

انواع پیل سوختی

سلول های سوختی طبقه بندی شدهبا توجه به خصوصیات زیر:

با توجه به سوخت مصرفی

با فشار و دمای عملیاتی،

با توجه به ماهیت برنامه

به طور کلی موارد زیر متمایز می شوند: انواع پیل های سوختی:

سلول های سوختی اکسید جامد (SOFC)؛

پیل سوختی با پیل سوختی غشایی مبادله پروتون (PEMFC).

پیل سوختی برگشت پذیر (RFC)؛

پیل سوختی مستقیم متانول (DMFC)؛

سلول های سوختی کربنات مذاب (MCFC)؛

پیل های سوختی اسید فسفریک (PAFC)؛

پیل های سوختی قلیایی (AFC).

یکی از انواع پیل های سوختی که در دمای معمولیو فشار با استفاده از هیدروژن و اکسیژن، عناصری با غشای تبادل یونی هستند. آب حاصل، الکترولیت جامد را حل نمی کند، به سمت پایین جریان می یابد و به راحتی حذف می شود.

مشکلات پیل سوختی

مشکل اصلی پیل های سوختی مربوط به نیاز به هیدروژن "بسته بندی شده" است که می توان آزادانه آن را خریداری کرد. بدیهی است که مشکل باید با گذشت زمان حل شود، اما در حال حاضر وضعیت لبخند خفیفی برانگیخته است: اول چه چیزی می آید - مرغ یا تخم مرغ؟ سلول های سوختیهنوز به اندازه کافی برای ساخت کارخانه های هیدروژن توسعه نیافته اند، اما پیشرفت آنها بدون این کارخانه ها غیرقابل تصور است. در اینجا به مشکل منبع هیدروژن اشاره می کنیم. در حال حاضر هیدروژن از گاز طبیعی تولید می شود، اما افزایش هزینه های انرژی باعث افزایش قیمت هیدروژن نیز می شود. در عین حال، در هیدروژن حاصل از گاز طبیعی، وجود CO و H 2 S (سولفید هیدروژن) اجتناب ناپذیر است که کاتالیزور را مسموم می کند.

کاتالیزورهای معمولی پلاتین از یک فلز بسیار گران قیمت و غیر قابل تعویض - پلاتین استفاده می کنند. با این حال این مشکلبرنامه ریزی شده است تا با استفاده از کاتالیزورهای مبتنی بر آنزیم ها، که مواد ارزان قیمت و به راحتی تولید می شوند، مشکل حل شود.

گرمای تولید شده نیز مشکل ساز است. بازده به شدت افزایش می یابد اگر گرمای تولید شده به یک کانال مفید هدایت شود - برای تولید انرژی حرارتیبرای سیستم های تامین حرارت، به عنوان گرمای اتلاف در جذب استفاده می شود ماشین های تبریدو غیره

سلول های سوختی متانول (DMFC): کاربردهای واقعی

امروزه بیشترین علاقه عملی، پیل های سوختی مستقیم مبتنی بر متانول (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) است. لپ‌تاپ Portege M100 که روی پیل سوختی DMFC کار می‌کند به شکل زیر است:

یک مدار سلولی معمولی DMFC، علاوه بر آند، کاتد و غشاء، شامل چندین جزء اضافی است: یک کارتریج سوخت، یک سنسور متانول، یک پمپ گردش سوخت، یک پمپ هوا، یک مبدل حرارتی و غیره.

به عنوان مثال، زمان کار یک لپ تاپ در مقایسه با باتری ها 4 برابر (تا 20 ساعت)، یک تلفن همراه - تا 100 ساعت در حالت فعال و تا شش ماه در حالت آماده به کار برنامه ریزی شده است. شارژ مجدد با افزودن بخشی از متانول مایع انجام می شود.

وظیفه اصلی یافتن گزینه هایی برای استفاده از محلول متانول با بالاترین غلظت آن است. مشکل این است که متانول یک سم نسبتاً قوی است که در دوزهای چند ده گرمی کشنده است. اما غلظت متانول به طور مستقیم بر مدت زمان کار تاثیر می گذارد. اگر قبلاً از محلول متانول 3-10٪ استفاده می شد، تلفن های همراه و PDA ها با استفاده از محلول 50٪ قبلاً ظاهر شده اند و در سال 2008، در شرایط آزمایشگاهی، متخصصان MTI MicroFuel Cells و کمی بعد توشیبا سلول های سوختی را به دست آوردند. روی متانول خالص

سلول های سوختی آینده هستند!

در نهایت، آینده آشکار پیل‌های سوختی با این واقعیت نشان می‌دهد که سازمان بین‌المللی IEC (کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک)، که استانداردهای صنعتی دستگاه‌های الکترونیکی را تعیین می‌کند، قبلاً از ایجاد یک کارگروه برای توسعه استاندارد بین‌المللی پیل‌های سوختی مینیاتوری خبر داده است. .

مزایای پیل/پیل های سوختی

پیل/پیل سوختی وسیله ای است که به طور موثر جریان مستقیم و گرما را از سوخت غنی از هیدروژن از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی تولید می کند.

پیل سوختی شبیه باتری است که از طریق یک واکنش شیمیایی جریان مستقیم تولید می کند. پیل سوختی شامل یک آند، یک کاتد و یک الکترولیت است. با این حال، برخلاف باتری‌ها، سلول‌های سوختی نمی‌توانند ذخیره کنند انرژی الکتریکی، تخلیه نمی شود و برای شارژ مجدد نیازی به برق نیست. پیل‌ها/پیل‌های سوختی می‌توانند به‌طور مداوم الکتریسیته تولید کنند تا زمانی که منبع سوخت و هوا داشته باشند.

برخلاف سایر مولدهای برق، مانند موتورهای احتراق داخلی یا توربین هایی که با گاز، زغال سنگ، نفت کوره و غیره کار می کنند، پیل/پیل های سوختی سوخت نمی سوزانند. این به این معنی است که روتورهای نویز ندارند فشار بالا، صدای بلند اگزوز، لرزش. پیل های سوختی/پیل های سوختی از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی بی صدا الکتریسیته تولید می کنند. یکی دیگر از ویژگی‌های پیل‌های سوختی این است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیماً به برق، گرما و آب تبدیل می‌کنند.

پیل های سوختی بسیار کارآمد هستند و تولید نمی کنند مقدار زیادگازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن، متان و اکسید نیتروژن. تنها محصولات منتشر شده در حین کار آب به صورت بخار و مقدار کمی است دی اکسید کربنکه در صورت استفاده از هیدروژن خالص به عنوان سوخت اصلا آزاد نمی شود. عناصر/سلول های سوختی در مجموعه ها و سپس در ماژول های عملکردی جداگانه مونتاژ می شوند.

تاریخچه توسعه سلول های سوختی/پیل ها

در دهه‌های 1950 و 1960، یکی از مهم‌ترین چالش‌ها برای پیل‌های سوختی ناشی از نیاز سازمان ملی هوانوردی و فضایی آمریکا (ناسا) به منابع انرژی برای مأموریت‌های فضایی طولانی مدت بود. پیل سوختی قلیایی ناسا از هیدروژن و اکسیژن به عنوان سوخت استفاده می کند و این دو را با هم ترکیب می کند. عنصر شیمیاییدر یک واکنش الکتروشیمیایی خروجی سه محصول جانبی مفید از واکنش در پرواز فضایی است - الکتریسیته به نیرو فضاپیما، آب برای سیستم های آشامیدنی و خنک کننده و گرما برای گرم نگه داشتن فضانوردان.

قدمت کشف پیل های سوختی به اوایل XIXقرن. اولین شواهد از تأثیر سلول های سوختی در سال 1838 به دست آمد.

در اواخر دهه 1930، کار بر روی سلول های سوختی با الکترولیت قلیایی آغاز شد و تا سال 1939 سلولی با استفاده از الکترودهای نیکل اندود شده با فشار بالا ساخته شد. در طول جنگ جهانی دوم، سلول‌ها/پیل‌های سوختی برای زیردریایی‌های نیروی دریایی بریتانیا توسعه یافتند و در سال 1958 یک مجموعه سوخت متشکل از سلول‌ها/سلول‌های سوختی قلیایی با قطر کمی بیش از 25 سانتی‌متر معرفی شد.

در دهه های 1950 و 1960 و همچنین در دهه 1980، زمانی که جهان صنعتی با کمبود سوخت نفت مواجه شد، علاقه افزایش یافت. در همین دوره، کشورهای جهان نیز نگران معضل آلودگی هوا شدند و راه هایی را برای تولید برق به شیوه ای دوستدار محیط زیست در نظر گرفتند. فناوری پیل سوختی در حال حاضر در حال توسعه سریع است.

اصل عملکرد پیل‌های سوختی/پیل‌ها

پیل‌های سوختی به دلیل واکنش الکتروشیمیایی با استفاده از الکترولیت، کاتد و آند، الکتریسیته و گرما تولید می‌کنند.

آند و کاتد توسط یک الکترولیت که پروتون ها را هدایت می کند از هم جدا می شوند. پس از جریان یافتن هیدروژن به آند و اکسیژن به کاتد، یک واکنش شیمیایی آغاز می شود که در نتیجه جریان الکتریکی، گرما و آب تولید می شود.

در کاتالیزور آند، هیدروژن مولکولی تجزیه می شود و الکترون ها را از دست می دهد. یون‌های هیدروژن (پروتون‌ها) از طریق الکترولیت به کاتد هدایت می‌شوند، در حالی که الکترون‌ها از الکترولیت عبور می‌کنند و از طریق یک مدار الکتریکی خارجی حرکت می‌کنند و جریان مستقیمی را ایجاد می‌کنند که می‌تواند برای تغذیه تجهیزات استفاده شود. در کاتالیزور کاتد، یک مولکول اکسیژن با یک الکترون (که از ارتباطات خارجی تامین می شود) و یک پروتون ورودی ترکیب می شود و آب را تشکیل می دهد که تنها محصول واکنش (به شکل بخار و/یا مایع) است.

در زیر واکنش مربوطه نشان داده شده است:

واکنش در آند: 2H 2 => 4H+ + 4e -
واکنش در کاتد: O 2 + 4H + + 4e - => 2H 2 O
واکنش کلی عنصر: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

انواع و تنوع عناصر/پیل های سوختی

همانطور که انواع مختلفی از موتورهای احتراق داخلی وجود دارد، وجود دارد انواع مختلفپیل های سوختی – انتخاب نوع مناسب پیل سوختی بستگی به کاربرد دارد.

پیل های سوختی به دو دسته دمای بالا و دمای پایین تقسیم می شوند. پیل های سوختی دمای پایین به هیدروژن نسبتا خالص به عنوان سوخت نیاز دارند. این اغلب به این معنی است که برای تبدیل سوخت اولیه (مانند گاز طبیعی) به هیدروژن خالص، پردازش سوخت مورد نیاز است. این فرآیند مصرف می کند انرژی اضافیو نیاز به تجهیزات خاصی دارد. پیل های سوختی با دمای بالا به این روش اضافی نیاز ندارند، زیرا می توانند "تبدیل داخلی" سوخت را در آن انجام دهند دماهای بالایعنی نیازی به سرمایه گذاری در زیرساخت های هیدروژنی نیست.

سلول‌های سوختی کربنات مذاب (MCFC)

پیل‌های سوختی الکترولیت کربنات مذاب، پیل‌های سوختی با دمای بالا هستند. دمای عملیاتی بالا امکان استفاده مستقیم از گاز طبیعی بدون پردازنده سوخت و گاز کم سوخت را فراهم می کند ارزش حرارتیسوخت های حاصل از فرآیندهای تولید و سایر منابع.

عملکرد RCFC با سایر پیل های سوختی متفاوت است. این سلول ها از الکترولیت ساخته شده از مخلوط نمک های کربنات مذاب استفاده می کنند. در حال حاضر از دو نوع مخلوط استفاده می شود: کربنات لیتیوم و کربنات پتاسیم یا کربنات لیتیوم و کربنات سدیم. برای ذوب نمک های کربنات و دستیابی به درجه بالایی از تحرک یون در الکترولیت، سلول های سوختی با الکترولیت کربنات مذاب در دمای بالا(650 درجه سانتیگراد). راندمان بین 60-80 درصد متغیر است.

هنگامی که تا دمای 650 درجه سانتیگراد گرم می شود، نمک ها به رسانایی برای یون های کربنات تبدیل می شوند (CO 3 2-). این یون ها از کاتد به آند عبور می کنند و در آنجا با هیدروژن ترکیب می شوند و آب، دی اکسید کربن و الکترون های آزاد را تشکیل می دهند. این الکترون ها از طریق یک مدار الکتریکی خارجی به کاتد فرستاده می شوند و جریان الکتریکی و گرما را به عنوان محصول جانبی تولید می کنند.

واکنش در آند: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
واکنش در کاتد: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
واکنش کلی عنصر: H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + CO 2 (کاتد) => H 2 O (g) + CO 2 (آند)

دمای بالای عملکرد پیل های سوختی الکترولیت کربنات مذاب دارای مزایای خاصی است. در دماهای بالا، گاز طبیعی به صورت داخلی اصلاح می شود و نیاز به پردازنده سوخت را از بین می برد. علاوه بر این، از مزایای آن می توان به قابلیت استفاده از مصالح ساختمانی استاندارد مانند ورق فلز اشاره کرد فولاد ضد زنگو کاتالیزور نیکل روی الکترودها. گرمای هدر رفته را می توان برای تولید بخار با فشار بالا برای اهداف مختلف صنعتی و تجاری استفاده کرد.

دمای واکنش بالا در الکترولیت نیز مزایای خود را دارد. استفاده از دماهای بالا به زمان قابل توجهی برای دستیابی به شرایط عملیاتی بهینه نیاز دارد و سیستم به تغییرات مصرف انرژی کندتر پاسخ می دهد. این ویژگی ها امکان استفاده از تاسیسات پیل سوختی با الکترولیت کربنات مذاب را در شرایط توان ثابت می دهد. دمای بالا از آسیب مونوکسید کربن به پیل سوختی جلوگیری می کند.

پیل های سوختی با الکترولیت کربنات مذاب برای استفاده در تاسیسات ثابت بزرگ مناسب هستند. نیروگاه های حرارتی با توان خروجی الکتریکی 3.0 مگاوات به صورت تجاری تولید می شوند. تاسیسات با توان خروجی تا 110 مگاوات در حال توسعه هستند.

پیل/سلول سوختی اسید فسفریک (PAFC)

پیل های سوختی اسید فسفریک (ارتوفسفریک) اولین پیل های سوختی برای استفاده تجاری بودند.

پیل های سوختی اسید فسفریک (ارتوفسفریک) از الکترولیت بر اساس استفاده می کنند اسید فسفریک(H 3 PO 4) با غلظت تا 100٪. رسانایی یونی اسید فسفریک در دماهای پایین کم است، به همین دلیل این پیل های سوختی در دماهای 150 تا 220 درجه سانتی گراد استفاده می شوند.

حامل بار در پیل های سوختی از این نوع هیدروژن (H+، پروتون) است. فرآیند مشابهی در سلول های سوختی با غشای تبادل پروتون رخ می دهد که در آن هیدروژن عرضه شده به آند به پروتون ها و الکترون ها تقسیم می شود. پروتون ها از طریق الکترولیت حرکت می کنند و با اکسیژن هوا در کاتد ترکیب می شوند و آب را تشکیل می دهند. الکترون ها از طریق یک مدار الکتریکی خارجی فرستاده می شوند و در نتیجه جریان الکتریکی ایجاد می کنند. در زیر واکنش هایی وجود دارد که جریان الکتریکی و گرما تولید می کنند.

واکنش در آند: 2H 2 => 4H + + 4e -
واکنش در کاتد: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2 H 2 O
واکنش کلی عنصر: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

راندمان پیل های سوختی مبتنی بر اسید فسفریک (ارتوفسفریک) در هنگام تولید انرژی الکتریکی بیش از 40 درصد است. با تولید ترکیبی گرما و برق، راندمان کلی حدود 85٪ است. علاوه بر این، با توجه به دمای عملیاتی، گرمای اتلاف را می توان برای گرم کردن آب و تولید بخار فشار اتمسفر استفاده کرد.

عملکرد بالای نیروگاه های حرارتی با استفاده از پیل های سوختی بر پایه اسید فسفریک (ارتوفسفریک) در تولید ترکیبی انرژی حرارتی و الکتریکی از مزایای این نوع پیل های سوختی است. این واحدها از مونوکسید کربن با غلظت حدود 1.5 درصد استفاده می کنند که به طور قابل توجهی انتخاب سوخت را افزایش می دهد. علاوه بر این، CO 2 بر الکترولیت و عملکرد پیل سوختی تأثیر نمی گذارد؛ این نوع سلول با سوخت طبیعی اصلاح شده کار می کند. طراحی سادهدرجه پایین فرار الکترولیت و افزایش پایداری نیز از مزایای این نوع پیل سوختی است.

نیروگاه های حرارتی با توان خروجی الکتریکی تا 500 کیلووات به صورت تجاری تولید می شوند. تاسیسات 11 مگاواتی تست های مناسب را پشت سر گذاشته اند. تاسیسات با توان خروجی تا 100 مگاوات در حال توسعه هستند.

پیل/سلول سوختی اکسید جامد (SOFC)

پیل های سوختی اکسید جامد بالاترین دمای عملیاتی پیل های سوختی هستند. دمای عملیاتی می تواند از 600 درجه سانتیگراد تا 1000 درجه سانتیگراد متغیر باشد که امکان استفاده از انواع مختلف سوخت را بدون پیش تصفیه خاص فراهم می کند. برای کنترل چنین دماهای بالایی، الکترولیت مورد استفاده یک اکسید فلزی جامد نازک روی یک پایه سرامیکی است که اغلب آلیاژی از ایتریم و زیرکونیوم است که رسانای یون‌های اکسیژن (O2-) است.

الکترولیت جامد انتقال مهر و موم شده گاز از یک الکترود به الکترود دیگر را فراهم می کند، در حالی که الکترولیت های مایع در یک بستر متخلخل قرار دارند. حامل بار در پیل های سوختی از این نوع، یون اکسیژن (O 2-) است. در کاتد، مولکول های اکسیژن هوا به یک یون اکسیژن و چهار الکترون جدا می شوند. یون های اکسیژن از الکترولیت عبور می کنند و با هیدروژن ترکیب می شوند و چهار الکترون آزاد ایجاد می کنند. الکترون ها از طریق یک مدار الکتریکی خارجی فرستاده می شوند و جریان الکتریکی تولید می کنند و گرمای هدر می دهند.

واکنش در آند: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
واکنش در کاتد: O 2 + 4e - => 2O 2-
واکنش کلی عنصر: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

راندمان انرژی الکتریکی تولید شده در بین تمام سلول های سوختی بالاترین است - حدود 60-70٪. دمای عملیاتی بالا به تولید ترکیبی انرژی حرارتی و الکتریکی برای تولید بخار فشار بالا اجازه می دهد. ترکیب پیل سوختی با دمای بالا با توربین، ایجاد یک پیل سوختی هیبریدی را ممکن می سازد تا بازده تولید انرژی الکتریکی را تا 75 درصد افزایش دهد.

پیل‌های سوختی اکسید جامد در دماهای بسیار بالا (600 تا 1000 درجه سانتی‌گراد) کار می‌کنند و در نتیجه زمان قابل‌توجهی برای رسیدن به شرایط عملیاتی بهینه و واکنش کندتر سیستم به تغییرات مصرف انرژی می‌گذرد. در چنین دماهای عملیاتی بالا، هیچ مبدلی برای بازیابی هیدروژن از سوخت مورد نیاز نیست و به نیروگاه حرارتی اجازه می دهد تا با سوخت های نسبتا ناخالص ناشی از تبدیل به گاز زغال سنگ یا گازهای زائد و غیره کار کند. پیل سوختی همچنین برای کاربردهای با قدرت بالا، از جمله نیروگاه های صنعتی و بزرگ مرکزی بسیار عالی است. ماژول هایی با توان خروجی الکتریکی 100 کیلووات به صورت تجاری تولید می شوند.

پیل‌ها/سلول‌های سوختی اکسیداسیون مستقیم متانول (DOMFC)

فن آوری استفاده از سلول های سوختی با اکسیداسیون مستقیم متانول در حال گذراندن دوره ای از توسعه فعال است. این شرکت با موفقیت خود را در زمینه تامین انرژی تلفن های همراه، لپ تاپ ها و همچنین برای ایجاد منابع برق قابل حمل ثابت کرده است. این همان چیزی است که هدف استفاده آینده از این عناصر است.

طراحی پیل‌های سوختی با اکسیداسیون مستقیم متانول شبیه پیل‌های سوختی با غشای تبادل پروتون (MEPFC) است. پلیمر به عنوان الکترولیت و یون هیدروژن (پروتون) به عنوان حامل بار استفاده می شود. با این حال، متانول مایع (CH 3 OH) در حضور آب در آند اکسید می شود و CO 2، یون های هیدروژن و الکترون ها را آزاد می کند که از طریق یک مدار الکتریکی خارجی فرستاده می شوند و در نتیجه جریان الکتریکی ایجاد می شود. یون‌های هیدروژن از الکترولیت عبور می‌کنند و با اکسیژن هوا و الکترون‌های مدار خارجی واکنش می‌دهند تا آب را در آند تشکیل دهند.

واکنش در آند: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
واکنش در کاتد: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
واکنش کلی عنصر: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

مزیت این نوع پیل های سوختی اندازه کوچک آنها به دلیل استفاده از سوخت مایع و عدم نیاز به استفاده از مبدل می باشد.

پیل/سلول سوختی قلیایی (ALFC)

پیل‌های سوختی قلیایی یکی از کارآمدترین پیل‌هایی هستند که برای تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرند و راندمان تولید برق تا 70 درصد می‌رسد.

پیل های سوختی قلیایی از یک الکترولیت، محلول آبی هیدروکسید پتاسیم، که در یک ماتریکس متخلخل و تثبیت شده موجود است، استفاده می کنند. غلظت هیدروکسید پتاسیم ممکن است بسته به دمای عملکرد پیل سوختی متفاوت باشد که از 65 درجه سانتیگراد تا 220 درجه سانتیگراد متغیر است. حامل بار در SHTE یون هیدروکسیل (OH -) است که از کاتد به آند حرکت می کند و در آنجا با هیدروژن واکنش می دهد و آب و الکترون تولید می کند. آب تولید شده در آند به کاتد باز می گردد و دوباره در آنجا یون های هیدروکسیل تولید می کند. در نتیجه این سلسله واکنش هایی که در پیل سوختی انجام می شود، الکتریسیته و به عنوان یک محصول جانبی، گرما تولید می شود:

واکنش در آند: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
واکنش در کاتد: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
واکنش کلی سیستم: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

مزیت SHTE این است که این پیل‌های سوختی ارزان‌ترین تولید هستند، زیرا کاتالیزور مورد نیاز روی الکترودها می‌تواند هر یک از مواد ارزان‌تر از موادی باشد که به عنوان کاتالیزور برای سایر پیل‌های سوختی استفاده می‌شوند. SFC ها در دماهای نسبتاً پایین کار می کنند و جزو کارآمدترین پیل های سوختی هستند - چنین ویژگی هایی در نتیجه می توانند به تولید سریعتر نیرو و راندمان سوخت بالا کمک کنند.

یکی از ویژگی های مشخصه SHTE - حساسیت بالا به CO 2، که ممکن است در سوخت یا هوا موجود باشد. CO 2 با الکترولیت واکنش نشان می دهد، به سرعت آن را مسموم می کند و کارایی پیل سوختی را بسیار کاهش می دهد. بنابراین، استفاده از SHTE محدود به فضاهای بسته است، مانند فضا و وسایل نقلیه زیر آب، آنها باید با هیدروژن و اکسیژن خالص کار کنند. علاوه بر این، مولکول هایی مانند CO، H 2 O و CH4 که برای سایر پیل های سوختی بی خطر هستند و حتی به عنوان سوخت برای برخی از آنها عمل می کنند، برای SHFC مضر هستند.

سلول های سوختی الکترولیت پلیمری (PEFC)

در مورد سلول های سوختی الکترولیت پلیمری، غشای پلیمری از الیاف پلیمری با مناطق آبی تشکیل شده است که در آن ها رسانایی یون های آب H2O+ (پروتون، قرمز) به مولکول آب متصل می شود. مولکول های آب به دلیل تبادل یونی کند مشکل ایجاد می کنند. بنابراین، غلظت بالایی از آب هم در سوخت و هم در الکترودهای خروجی مورد نیاز است که دمای کار را به 100 درجه سانتیگراد محدود می کند.

پیل/سلول سوختی اسید جامد (SFC)

در سلول های سوختی اسید جامد، الکترولیت (CsHSO 4) حاوی آب نیست. بنابراین دمای عملیاتی 100-300 درجه سانتیگراد است. چرخش آنیون های اکسی SO 4 2- اجازه می دهد تا پروتون ها (قرمز) همانطور که در شکل نشان داده شده است حرکت کنند. به طور معمول، یک پیل سوختی اسید جامد ساندویچی است که در آن یک لایه بسیار نازک از ترکیب اسید جامد بین دو الکترود قرار می گیرد که برای اطمینان از تماس خوب به یکدیگر فشرده شده اند. هنگامی که گرم می شود، جزء آلی تبخیر می شود و از طریق منافذ الکترودها خارج می شود و توانایی تماس های متعدد بین سوخت (یا اکسیژن در انتهای دیگر عنصر)، الکترولیت و الکترودها را حفظ می کند.

ماژول های پیل سوختی مختلف باتری پیل سوختی

1. باتری پیل سوختی
2. سایر تجهیزاتی که در دماهای بالا کار می کنند (ژنراتور بخار یکپارچه، محفظه احتراق، تغییر تعادل حرارتی)
3. عایق مقاوم در برابر حرارت

ماژول پیل سوختی

تجزیه و تحلیل مقایسه ای انواع و انواع پیل های سوختی

نیروگاه‌های برق و حرارت شهری نوآورانه با مصرف انرژی کارآمد معمولاً بر روی پیل‌های سوختی اکسید جامد (SOFC)، سلول‌های سوختی الکترولیت پلیمری (PEFC)، پیل‌های سوختی اسید فسفریک (PAFC)، سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) و سلول‌های سوختی قلیایی ساخته می‌شوند. ALFC). . به طور معمول دارای ویژگی های زیر است:

مناسب ترین باید سلول های سوختی اکسید جامد (SOFC) در نظر گرفته شود که:

• عملکرد در دماهای بالاتر، کاهش نیاز به فلزات گران قیمت (مانند پلاتین)
• می تواند برای انواع مختلفسوخت های هیدروکربنی، عمدتا گاز طبیعی
• زمان راه اندازی طولانی تری دارند و بنابراین برای اقدام طولانی مدت مناسب تر هستند
• نشان دادن راندمان تولید برق بالا (تا 70٪)
• به دلیل دمای عملیاتی بالا، واحدها را می توان با سیستم های انتقال حرارت ترکیب کرد و راندمان کلی سیستم را به 85% رساند.
• عملا داشته باشند سطح صفرانتشار گازهای گلخانه ای، بی صدا کار می کنند و در مقایسه با فناوری های تولید برق موجود، نیازمندی های عملیاتی پایینی دارند

نوع پیل سوختی	دمای کاری	راندمان تولید برق	نوع سوخت	منطقه برنامه
RKTE	550-700 درجه سانتیگراد	50-70%		تاسیسات متوسط ​​و بزرگ
FCTE	100-220 درجه سانتیگراد	35-40%	هیدروژن خالص	تاسیسات بزرگ
MOPTE	30-100 درجه سانتیگراد	35-50%	هیدروژن خالص	تاسیسات کوچک
SOFC	450-1000 درجه سانتیگراد	45-70%	اکثر سوخت های هیدروکربنی	تاسیسات کوچک، متوسط ​​و بزرگ
PEMFC	20-90 درجه سانتیگراد	20-30%	متانول	قابل حمل
SHTE	50-200 درجه سانتیگراد	40-70%	هیدروژن خالص	تحقیقات فضایی
پیت	30-100 درجه سانتیگراد	35-50%	هیدروژن خالص	تاسیسات کوچک

از آنجایی که نیروگاه های حرارتی کوچک را می توان به یک شبکه تامین گاز معمولی متصل کرد، پیل های سوختی به سیستم تامین هیدروژن جداگانه نیاز ندارند. هنگام استفاده از نیروگاه های حرارتی کوچک مبتنی بر سلول های سوختی اکسید جامد، گرمای تولید شده را می توان در مبدل های حرارتی برای گرم کردن آب و هوای تهویه ادغام کرد و بازده کلی سیستم را افزایش داد. این فناوری نوآورانه برای تولید کارآمد برق بدون نیاز به زیرساخت های گران قیمت و یکپارچه سازی ابزار پیچیده بهترین مناسب است.

کاربرد پیل/پیل های سوختی

کاربرد پیل/پیل سوختی در سیستم های مخابراتی

با توجه به گسترش سریع سیستم های ارتباطی بی سیم در سراسر جهان، و همچنین افزایش مزایای اجتماعی-اقتصادی فناوری تلفن همراه، نیاز به پشتیبان گیری برق قابل اعتماد و مقرون به صرفه حیاتی شده است. تلفات شبکه برق در طول سال به دلیل شرایط بد آب و هوایی، بلایای طبیعی یا ظرفیت محدود شبکه یک چالش مداوم برای اپراتورهای شبکه است.

راه‌حل‌های پشتیبان برق سنتی مخابراتی شامل باتری‌ها (سلول باتری سرب اسیدی تنظیم‌شده با شیر) برای برق پشتیبان کوتاه‌مدت و ژنراتورهای دیزلی و پروپان برای قدرت پشتیبان طولانی‌مدت است. باتری ها منبع نسبتا ارزانی برای تامین انرژی پشتیبان برای 1 تا 2 ساعت هستند. با این حال، باتری‌ها برای انرژی پشتیبان طولانی‌مدت مناسب نیستند زیرا نگهداری آن‌ها گران است، پس از استفاده طولانی مدت غیرقابل اعتماد می‌شوند، به دما حساس هستند و برای عمر باتری خطرناک هستند. محیطپس از دفع ژنراتورهای دیزلی و پروپان می توانند قدرت پشتیبان طولانی مدت را فراهم کنند. با این حال، ژنراتورها می توانند غیر قابل اعتماد باشند، نیاز به تعمیر و نگهداری گسترده داشته باشند و سطوح بالایی از آلاینده ها و گازهای گلخانه ای را آزاد کنند.

برای غلبه بر محدودیت‌های راه‌حل‌های پشتیبان برق سنتی، فناوری پیل سوختی سبز نوآورانه توسعه داده شده است. پیل های سوختی قابل اعتماد، بی صدا هستند، دارای قطعات متحرک کمتری نسبت به ژنراتور هستند، محدوده دمای عملیاتی بیشتری نسبت به باتری دارند: از -40 درجه سانتیگراد تا +50 درجه سانتیگراد و در نتیجه سطوح بسیار بالایی از صرفه جویی در انرژی را ارائه می دهند. علاوه بر این، هزینه های طول عمر چنین نصبی کمتر از هزینه های یک ژنراتور است. هزینه های پیل سوختی کمتر ناشی از تنها یک بازدید تعمیر و نگهداری در سال و بهره وری قابل توجهی بالاتر از کارخانه است. در پایان روز، پیل سوختی یک راه حل فناوری سبز با حداقل تأثیر زیست محیطی است.

تأسیسات پیل سوختی، توان پشتیبان را برای زیرساخت‌های شبکه‌های ارتباطی حیاتی برای ارتباطات بی‌سیم، دائمی و پهنای باند در سیستم مخابراتی فراهم می‌کند که از 250 وات تا 15 کیلووات متغیر است، آنها بسیاری از ویژگی‌های نوآورانه بی‌رقیب را ارائه می‌کنند:

• قابلیت اطمینان- تعداد کمی قطعات متحرک و بدون تخلیه در حالت آماده به کار
• ذخیره انرژی
• سکوت – سطح پایینسر و صدا
• پایداری- محدوده عملکرد از -40 درجه سانتیگراد تا +50 درجه سانتیگراد
• تطبیق پذیری- نصب در فضای باز و داخل ساختمان (ظرف / ظرف محافظ)
• قدرت بالا- تا 15 کیلو وات
• نیاز به نگهداری کم- حداقل تعمیر و نگهداری سالانه
• مقرون به صرفه- مجموع هزینه های جذاب مالکیت
• انرژی سبز- انتشار کم با حداقل تاثیر بر محیط زیست

سیستم همیشه ولتاژ اتوبوس را حس می کند جریان مستقیمو اگر ولتاژ باس DC به زیر یک نقطه تنظیم تعریف شده توسط کاربر کاهش یابد، بارهای بحرانی را به آرامی می پذیرد. این سیستم با هیدروژن کار می کند که به یکی از دو روش به پشته پیل سوختی عرضه می شود - یا از منبع هیدروژن صنعتی یا از سوخت مایع متانول و آب، با استفاده از یک سیستم اصلاح یکپارچه.

الکتریسیته توسط پشته پیل سوختی به شکل جریان مستقیم تولید می شود. برق DC به یک مبدل منتقل می شود، که توان DC تنظیم نشده حاصل از پشته پیل سوختی را به توان DC تنظیم شده با کیفیت بالا برای بارهای مورد نیاز تبدیل می کند. تأسیسات پیل سوختی می‌توانند برای چندین روز نیروی پشتیبان را تأمین کنند، زیرا مدت زمان آن تنها با مقدار سوخت هیدروژن یا متانول/آب در دسترس محدود است.

سلول‌های سوختی در مقایسه با بسته‌های باتری سرب اسیدی استاندارد صنعتی، صرفه‌جویی در مصرف انرژی، قابلیت اطمینان سیستم بهبود یافته، عملکرد قابل پیش‌بینی بیشتر در طیف وسیعی از آب و هوا و دوام عملیاتی قابل اعتماد را ارائه می‌کنند. هزینه های مادام العمر نیز به دلیل نیازهای تعمیر و نگهداری و تعویض به میزان قابل توجهی کمتر است. سلول‌های سوختی مزایای زیست‌محیطی را برای کاربر نهایی ارائه می‌دهند، زیرا هزینه‌های دفع و خطرات مربوط به مسئولیت مرتبط با سلول‌های سرب اسیدی یک نگرانی رو به رشد است.

عملکرد باتری های الکتریکی ممکن است تحت تأثیر نامطلوب قرار گیرد طیف گسترده ایعواملی مانند سطح شارژ، دما، چرخه، عمر مفید و سایر متغیرها. انرژی ارائه شده بسته به این عوامل متفاوت خواهد بود و پیش بینی آن آسان نیست. ویژگی های عملکردسلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) نسبتاً تحت تأثیر این عوامل قرار نمی‌گیرند و تا زمانی که سوخت در دسترس باشد، می‌توانند قدرت حیاتی را تأمین کنند. افزایش پیش بینی پذیری است مزیت مهمهنگام انتقال به سلول های سوختی برای کاربردهای پشتیبان انرژی حیاتی.

پیل‌های سوختی تنها زمانی نیرو تولید می‌کنند که سوخت تامین می‌شود، مشابه ژنراتورهای توربین گازی، اما هیچ بخش متحرکی در منطقه تولید ندارند. بنابراین، بر خلاف ژنراتور، در معرض سایش سریع نیستند و نیازی به نگهداری و روغن کاری مداوم ندارند.

سوخت مورد استفاده برای به حرکت درآوردن مبدل سوخت طولانی مدت، مخلوط سوختی از متانول و آب است. متانول سوختی است که به طور گسترده در دسترس است و به صورت تجاری تولید می شود که در حال حاضر کاربردهای زیادی دارد، از جمله شیشه شوی، بطری های پلاستیکی، مواد افزودنی موتور، رنگ امولسیونی. متانول به راحتی قابل حمل است، می تواند با آب مخلوط شود، تجزیه پذیری زیستی خوبی دارد و گوگرد ندارد. نقطه انجماد آن پایین است (-71 درجه سانتیگراد) و در طول نگهداری طولانی مدت تجزیه نمی شود.

کاربرد پیل/پیل سوختی در شبکه های ارتباطی

شبکه‌های ارتباطی ایمن به راه‌حل‌های برق پشتیبان قابل اعتماد نیاز دارند که می‌توانند ساعت‌ها یا روزها در شرایط اضطراری کار کنند، اگر شبکه برق دیگر در دسترس نباشد.

با قطعات متحرک کم و بدون اتلاف انرژی در حالت آماده به کار، فناوری پیل سوختی نوآورانه راه حلی جذاب برای سیستم های برق پشتیبان فعلی ارائه می دهد.

قانع‌کننده‌ترین استدلال برای استفاده از فناوری پیل سوختی در شبکه‌های ارتباطی افزایش قابلیت اطمینان و ایمنی کلی است. در طول رویدادهایی مانند قطع برق، زلزله، طوفان و طوفان، مهم است که سیستم‌ها به کار خود ادامه دهند و بدون در نظر گرفتن دما یا سن سیستم برق پشتیبان، در یک دوره زمانی طولانی، برق پشتیبان قابل اعتمادی داشته باشند.

خط دستگاه های قدرت مبتنی بر پیل سوختی برای پشتیبانی از شبکه های ارتباطی طبقه بندی شده ایده آل هستند. به لطف اصول طراحی صرفه جویی در انرژی، آنها انرژی پشتیبان قابل اعتماد و سازگار با محیط زیست را با مدت زمان طولانی (تا چند روز) برای استفاده در محدوده توان از 250 وات تا 15 کیلو وات ارائه می دهند.

کاربرد پیل/پیل سوختی در شبکه های داده

منبع تغذیه قابل اعتماد برای شبکه های داده، مانند شبکه های داده پرسرعت و ستون فقرات فیبر نوری، در سراسر جهان از اهمیت کلیدی برخوردار است. اطلاعات ارسال شده از طریق چنین شبکه هایی حاوی داده های حیاتی برای مؤسساتی مانند بانک ها، خطوط هوایی یا مراکز پزشکی است. قطع برق در چنین شبکه هایی نه تنها خطری برای اطلاعات ارسال شده ایجاد می کند، بلکه به عنوان یک قاعده منجر به خسارات مالی قابل توجهی نیز می شود. تاسیسات نوآورانه و قابل اعتماد پیل سوختی که منبع تغذیه پشتیبان را فراهم می کنند، قابلیت اطمینان مورد نیاز برای اطمینان از تامین برق بدون وقفه را فراهم می کنند.

واحدهای پیل سوختی، که توسط مخلوط سوخت مایع متانول و آب تغذیه می‌شوند، قدرت پشتیبان قابل اعتمادی را با مدت طولانی، تا چند روز فراهم می‌کنند. علاوه بر این، این واحدها در مقایسه با ژنراتورها و باتری ها، نیاز به تعمیر و نگهداری را به میزان قابل توجهی کاهش داده اند و تنها به یک بازدید در سال نیاز دارند.

مشخصات سایت برنامه معمولی برای استفاده از تاسیسات پیل سوختی در شبکه های داده:

• کاربردهایی با مقادیر مصرف برق از 100 وات تا 15 کیلو وات
• برنامه های کاربردی با الزامات مربوط به عمر باتری> 4 ساعت
• تکرار کننده ها در سیستم های فیبر نوری (سلسله مراتب سیستم های دیجیتال سنکرون، اینترنت پرسرعت، صدا از طریق IP...)
• گره های شبکه برای انتقال داده با سرعت بالا
• گره های انتقال وایمکس

تاسیسات پشتیبان برق پیل سوختی مزایای متعددی را برای زیرساخت‌های شبکه داده حیاتی در مقایسه با باتری‌های سنتی یا ژنراتورهای دیزلی ارائه می‌دهند و امکان افزایش گزینه‌های استقرار در محل را فراهم می‌کنند:

1. فناوری سوخت مایع مشکل قرار دادن هیدروژن را حل می کند و قدرت پشتیبان تقریبا نامحدودی را فراهم می کند.
2. به لطف عملکرد بی صدا، وزن کم، مقاومت در برابر تغییرات دما و عملکرد عملاً بدون لرزش، سلول های سوختی را می توان در خارج از ساختمان ها، در ساختمان ها/کانتینرهای صنعتی یا روی پشت بام ها نصب کرد.
3. آماده سازی برای استفاده از سیستم در محل سریع و مقرون به صرفه است و هزینه های عملیاتی پایین است.
4. این سوخت زیست تخریب پذیر است و راه حلی سازگار با محیط زیست برای محیط های شهری ارائه می دهد.

کاربرد پیل/پیل سوختی در سیستم های امنیتی

سیستم های ارتباطی و امنیتی ساختمان که با دقت طراحی شده اند فقط به اندازه منبع تغذیه ای که از آنها پشتیبانی می کند قابل اعتماد هستند. در حالی که اکثر سیستم ها شامل نوعی سیستم پشتیبان برق اضطراری برای تلفات برق کوتاه مدت هستند، آنها قطعی برق طولانی مدتی را که ممکن است پس از بلایای طبیعی یا حملات تروریستی رخ دهد را برآورده نمی کنند. این می‌تواند برای بسیاری از سازمان‌های دولتی و شرکت‌ها یک مسئله حیاتی باشد.

سیستم‌های حیاتی مانند سیستم‌های نظارت و کنترل دسترسی دوربین‌های مداربسته (کارت‌خوان‌ها، دستگاه‌های قفل درب، فناوری شناسایی بیومتریک و غیره)، سیستم‌های اعلام حریق و اطفاء حریق خودکار، سیستم‌های کنترل آسانسور و شبکه‌های مخابراتی، در معرض خطر در غیاب قابلیت اطمینان منبع جایگزینمنبع تغذیه طولانی مدت

دیزل ژنراتورها سر و صدای زیادی ایجاد می کنند، قرار دادن آنها دشوار است و مشکلات شناخته شده ای در مورد قابلیت اطمینان و تعمیر و نگهداری فنی. در مقابل، نصب پیل سوختی که نیروی پشتیبان را فراهم می کند، بی صدا، قابل اعتماد است، آلایندگی صفر یا بسیار کم دارد و می تواند به راحتی روی پشت بام یا بیرون ساختمان نصب شود. در حالت آماده به کار تخلیه نمی شود یا برق را از دست نمی دهد. ادامه عملکرد سیستم های حیاتی را حتی پس از توقف عملیات تاسیسات و تخلیه ساختمان تضمین می کند.

نصب پیل سوختی نوآورانه از سرمایه گذاری های گران قیمت در کاربردهای حیاتی محافظت می کند. آنها قدرت پشتیبان قابل اعتماد و سازگار با محیط زیست را با مدت زمان طولانی (تا چند روز) برای استفاده در محدوده توان از 250 وات تا 15 کیلو وات، همراه با ویژگی های بی رقیب متعدد و به ویژه سطح بالاذخیره انرژی.

تاسیسات پشتیبان برق پیل سوختی مزایای متعددی را برای استفاده در برنامه‌های کاربردی حیاتی مانند امنیت و سیستم‌های کنترل ساختمان نسبت به برنامه‌های سنتی باطری یا ژنراتورهای دیزلی ارائه می‌دهند. فناوری سوخت مایع مشکل قرار دادن هیدروژن را حل می کند و قدرت پشتیبان تقریبا نامحدودی را فراهم می کند.

کاربرد پیل/پیل سوختی در گرمایش شهری و تولید برق

پیل‌های سوختی اکسید جامد (SOFC) نیروگاه‌های حرارتی قابل اعتماد، کارآمد و بدون انتشار را برای تولید برق و گرما از گاز طبیعی و منابع سوخت تجدیدپذیر به طور گسترده در دسترس فراهم می‌کنند. این تاسیسات نوآورانه در بازارهای مختلف از تولید برق خانگی گرفته تا منبع تغذیه از راه دور و همچنین منابع تغذیه کمکی استفاده می شود.

کاربرد پیل/پیل سوختی در شبکه های توزیع

نیروگاه های حرارتی کوچک برای کار در یک شبکه تولید برق پراکنده متشکل از تعداد زیادی مجموعه ژنراتور کوچک به جای یک نیروگاه متمرکز طراحی شده اند.

شکل زیر کاهش راندمان تولید برق را هنگامی که در یک نیروگاه حرارتی تولید می‌شود و از طریق شبکه‌های سنتی انتقال برق در حال استفاده به خانه‌ها منتقل می‌شود، نشان می‌دهد. تلفات بازده در تولید متمرکز شامل تلفات نیروگاه، انتقال ولتاژ پایین و ولتاژ بالا و تلفات توزیع است.

شکل، نتایج ادغام نیروگاه های حرارتی کوچک را نشان می دهد: برق با راندمان تولید تا 60 درصد در نقطه استفاده تولید می شود. علاوه بر این، یک خانوار می‌تواند از گرمای تولید شده توسط سلول‌های سوختی برای گرم کردن آب و فضا استفاده کند که باعث افزایش راندمان کلی پردازش انرژی سوخت و صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود.

استفاده از پیل سوختی برای حفاظت از محیط زیست - استفاده از گازهای نفتی مرتبط

یکی از مهمترین وظایف در صنعت نفت، استفاده از گازهای نفتی همراه است. روش‌های موجود برای استفاده از گازهای نفتی همراه دارای معایب زیادی هستند که مهمترین آنها این است که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند. گازهای نفتی مرتبط سوزانده می شود که آسیب زیادی به محیط زیست و سلامت انسان وارد می کند.

نیروگاه های حرارتی نوآورانه با استفاده از پیل های سوختی با استفاده از گاز نفتی همراه به عنوان سوخت، راه را برای راه حلی ریشه ای و مقرون به صرفه برای مشکلات مربوط به استفاده از گاز نفتی باز می کند.

1. یکی از مزایای اصلی تأسیسات پیل سوختی این است که می توانند به طور قابل اعتماد و پایدار بر روی گازهای نفتی مرتبط با ترکیب متغیر کار کنند. با توجه به واکنش شیمیایی بدون شعله که زیربنای عملکرد پیل سوختی است، کاهش درصد، به عنوان مثال، متان تنها باعث کاهش متناظر در توان خروجی می شود.
2. انعطاف پذیری در رابطه با بار الکتریکی مصرف کنندگان، افت، افزایش بار.
3. برای نصب و اتصال نیروگاه های حرارتی بر روی پیل سوختی، اجرای آنها نیاز به هزینه های سرمایه ای ندارد، زیرا واحدها را می توان به راحتی در سایت های آماده نشده نزدیک مزارع نصب کرد، استفاده آسان، قابل اعتماد و کارآمد است.
4. بسیار اتوماتیک و مدرن کنترل از راه دورنیازی به حضور دائمی پرسنل در محل نصب ندارند.
5. سادگی و کمال فنی طراحی: عدم وجود قطعات متحرک، اصطکاک و سیستم های روانکاری مزایای اقتصادی قابل توجهی را از عملکرد تاسیسات پیل سوختی فراهم می کند.
6. مصرف آب: در دمای محیط تا +30 درجه سانتی گراد هیچ و در دماهای بالاتر قابل اغماض است.
7. خروجی آب: ندارد.
8. علاوه بر این، نیروگاه های حرارتی با استفاده از سلول های سوختی صدا ایجاد نمی کنند، لرزش ندارند. انتشارات مضر در جو ایجاد نمی کند

کوئست Arsenal Ancient یکی از جالب ترین و با ارزش ترین ماموریت های جانبی در Horizon Zero Dawn است. به عنوان پاداش برای تکمیل آن، لباس شیلد ویور را دریافت خواهید کرد. به نظر ما این بهترین زره در بازی است. او از آلیوی با میدان نیرو محافظت می کند که تمام آسیب های وارده را تا زمانی که شارژ تمام شود جذب می کند. وقتی اولین پیل سوختی یا خود پناهگاه را با زره باستانی پیدا کنید، این تلاش را دریافت خواهید کرد. باید بگویم که گرفتن آن بسیار ساده تر از انجام آن است.

کجا می توانم تمام سلول های سوختی Horizon Zero Dawn را پیدا کنم؟

در مجموع 5 پیل سوختی در بازی وجود دارد که در طول ماموریت های داستانی با آن ها مواجه خواهید شد. از دست دادن برخی از آنها آسان است، اما نگران آن نباشید. همیشه می توانید بعداً برای آنها بازگردید. اگر بمیری، باید دوباره بروی پیل سوختی بگیری. فوراً در موجودی شما ذخیره نمی شود، باید به ایست بازرسی برسید. این را در نظر داشته باشید. همه موارد با یک نماد سبز روشن مشخص شده اند، بنابراین بعید است زمانی که در نزدیکی هستید آنها را مشاهده کنید. دو عنصر اول برای باز کردن درب استفاده می شود. سه مورد دیگر برای باز کردن قفل خود دستگاه زره مورد نیاز است.

اولین پیل سوختی

این در موقعیت مادر بزرگ قرار دارد و در طول ماموریت "رحم کوه" در دسترس است. بسیار مهم است که در طول این کوئست آن را از دست ندهید، زیرا پس از خروج از منطقه، دروازه با دسترسی به این مکان مسدود خواهد شد و دفعه بعد تنها در پایان بازی، پس از انجام ماموریت "Heart of the Nora" باز خواهد شد. ".

اگر بدانید کجا باید جستجو کنید، این پیل سوختی به راحتی پیدا می شود. بنابراین، اول از همه، به علامت Aloy نشان داده شده در تصویر زیر برسید. مستقیماً در مقابل شما یک درب با سوئیچ خواهد بود. بازش می کنیم و جلو می رویم. در کناری را هم باز می کنیم و خود را در می یابیم اتاق بزرگ. در اینجا باید به راست بپیچیم و به دری با قفلی برخورد کنیم که نمی توانیم آن را باز کنیم.

با این حال، اگر به اطراف نگاه کنید، متوجه یک طاقچه بزرگ در سمت چپ با شمع هایی در داخل خواهید شد. از آن بالا بروید و در امتداد شفت به جلو حرکت کنید تا زمانی که با پیل سوختی روبرو شوید.

پیل سوختی دوم

این عنصر را می توان در خرابه هایی که آلوی در کودکی از آنها بالا رفت یافت. وقتی کودک هستید نمی توانید آن را بردارید، بنابراین باید بعداً برگردید. به نشانگر سبز رنگ بروید و به اطراف نگاه کنید. ورودی خرابه ها سوراخی در زمین است. با احتیاط پایین بروید.

عبور از ویرانه ها به اندازه کافی آسان است که بعید است گم شوید. اساساً باید به علامت نشان داده شده در تصویر زیر برسید. در آنجا اتاقی را روبروی خود خواهید دید که ورودی آن توسط صخره های نوک تیز مسدود شده است. آنها را با نیزه از هم جدا کنید و پیل سوختی دوم را پیدا خواهید کرد.

سلول سوختی سوم

برای پیدا کردن پیل سوختی بعدی در Horizon Zero Dawn، باید داستان را بازی کنید. ما به ماموریت حد استاد نیاز داریم. فراموش نکنید که وقتی به آنجا رسیدید به این راهنما بازگردید. در طول این ماموریت شما باید از یک ساختمان بسیار بلند بالا بروید. در برخی مواقع بازی به شما چیزی شبیه این را خواهد گفت: "برای دریافت اطلاعات بیشتر در مورد دکتر سوبک، مطب فارو را پیدا کنید."

در این لحظه، باید بچرخید و دیواری را پشت سر خود پیدا کنید که بتوانید از آن بالا بروید. تمام راه را بروید و پیل سوختی روی زمین دقیقا در بالای برج (طبقه دوازدهم) منتظر شما خواهد بود.

سلول سوختی چهارم

این عنصر را می توان در طول ماموریت "گنج مرگ" در دخمه ها یافت.

ابتدا به علامت سطح سوم که در تصویر زیر نشان داده شده است برسید. یک در قفل شده جلوی شما خواهد بود. برای باز کردن قفل آن، باید به سمت چپ بروید و به پایین بپرید. در آنجا سه ​​پازل قفل پیچشی پیدا خواهید کرد. در نزدیکی هر یک کابینه وجود دارد که راه حل مشکل در آن پنهان است. فقط آن را اسکن کنید. دو پازل در سطح زیر درب قرار دارند و یکی دیگر در همان سطح قرار دارد. وقتی هر سه را حل کردید، درب بالا باز می شود و پیل سوختی خود را دریافت خواهید کرد.

سلول سوختی پنجم

آخرین پیل سوختی در Horizon Zero Dawn را می توان در طول ماموریت "Fallen Mountain" در مکان GAIA Prime پیدا کرد.

به مکان در سطح سوم مشخص شده در تصویر زیر برسید. جایی در مقابل شما وجود خواهد داشت که باید از آن طناب را پایین بیاورید. در عوض، به چپ بپیچید و با احتیاط از دامنه کوه بالا بروید. در آنجا ورودی غار را خواهید دید. در پایان آخرین عنصر در انتظار شما خواهد بود.

پیل سوختی یک وسیله تبدیل انرژی الکتروشیمیایی است که هیدروژن و اکسیژن را از طریق یک واکنش شیمیایی به الکتریسیته تبدیل می کند. در نتیجه این فرآیند آب تشکیل می شود و مقدار زیادی گرما آزاد می شود. پیل سوختی بسیار شبیه باتری است که می تواند شارژ شود و سپس از انرژی الکتریکی ذخیره شده استفاده کند.
ویلیام آر گروو را مخترع پیل سوختی می دانند که در سال 1839 آن را اختراع کرد. در این پیل سوختی از محلول اسید سولفوریک به عنوان الکترولیت و هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می شد که با اکسیژن ترکیب می شد. یک عامل اکسید کننده لازم به ذکر است که تا همین اواخر از پیل های سوختی فقط در آزمایشگاه ها و فضاپیماها استفاده می شد.
در آینده، پیل‌های سوختی قادر خواهند بود با بسیاری از سیستم‌های دیگر برای تبدیل انرژی (از جمله توربین‌های گاز در نیروگاه‌ها) موتورهای احتراق داخلی در خودروها رقابت کنند. باتری های برقیدر دستگاه های قابل حمل موتورهای احتراق داخلی سوخت می سوزانند و از فشار ایجاد شده در اثر انبساط گازهای احتراق برای انجام کارهای مکانیکی استفاده می کنند. باتری ها انرژی الکتریکی را ذخیره می کنند، سپس آن را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند که در صورت لزوم می توان آن را دوباره به انرژی الکتریکی تبدیل کرد. سلول های سوختی به طور بالقوه بسیار کارآمد هستند. در سال 1824، دانشمند فرانسوی کارنو ثابت کرد که چرخه های فشرده سازی-انبساط یک موتور احتراق داخلی نمی تواند بازده تبدیل انرژی حرارتی (که انرژی شیمیایی سوختن سوخت است) را به انرژی مکانیکی بالاتر از 50٪ تضمین کند. یک پیل سوختی هیچ قسمت متحرکی ندارد (حداقل نه در خود سلول) و بنابراین از قانون کارنو تبعیت نمی کند. به طور طبیعی، آنها بیش از 50 درصد راندمان خواهند داشت و به ویژه در بارهای کم موثر هستند. بنابراین، خودروهای پیل سوختی در شرایط رانندگی در دنیای واقعی آماده هستند (و قبلاً ثابت شده‌اند) مصرف سوخت بیشتری نسبت به خودروهای معمولی دارند.
پیل سوختی تولید می کند جریان الکتریسیتهولتاژ DC، که می تواند برای به حرکت درآوردن موتور الکتریکی، روشنایی و سایر سیستم های الکتریکی در یک وسیله نقلیه استفاده شود. انواع مختلفی از سلول های سوختی وجود دارد که در فرآیندهای شیمیایی مورد استفاده متفاوت است. پیل های سوختی معمولا بر اساس نوع الکترولیت مورد استفاده طبقه بندی می شوند. برخی از انواع پیل‌های سوختی برای نیروی محرکه نیروگاه امیدوارکننده هستند، در حالی که برخی دیگر ممکن است برای دستگاه‌های کوچک قابل حمل یا برای تامین انرژی خودروها مفید باشند.
پیل سوختی قلیایی یکی از اولین سلول هایی است که ساخته شده است. آنها از دهه 1960 در برنامه فضایی ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفتند. چنین پیل های سوختی بسیار حساس به آلودگی هستند و بنابراین به هیدروژن و اکسیژن بسیار خالص نیاز دارند. آنها همچنین بسیار گران هستند، به این معنی که این نوع پیل سوختی احتمالاً در خودروها استفاده گسترده ای نخواهد داشت.
پیل های سوختی مبتنی بر اسید فسفریک می توانند در تاسیسات ثابت کم مصرف کاربرد داشته باشند. آنها در دماهای نسبتاً بالا کار می کنند و بنابراین گرم شدن طولانی مدت طول می کشد، که همچنین باعث می شود استفاده از آنها در اتومبیل ها ناکارآمد باشد.
پیل‌های سوختی اکسید جامد برای ژنراتورهای بزرگ برق ثابت که می‌توانند برق کارخانه‌ها یا جوامع را تامین کنند، مناسب‌تر هستند. این نوع پیل سوختی در دمای بسیار بالا (حدود 1000 درجه سانتیگراد) کار می کند. دمای بالای کار مشکلات خاصی را ایجاد می کند، اما از طرف دیگر یک مزیت وجود دارد - بخار تولید شده توسط سلول سوختی می تواند به توربین ها ارسال شود تا برق بیشتری تولید کند. به طور کلی، این کارایی کلی سیستم را بهبود می بخشد.
یکی از سیستم های امیدوار کننده، سلول سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC - Protone Exchange Membrane Fuel Cell) است. در حال حاضر، این نوع پیل سوختی امیدوارکننده ترین است زیرا می تواند ماشین ها، اتوبوس ها و سایر وسایل نقلیه را تامین کند.

فرآیندهای شیمیایی در پیل سوختی

سلول های سوختی از فرآیند الکتروشیمیایی برای ترکیب هیدروژن با اکسیژن به دست آمده از هوا استفاده می کنند. همانطور که در باتری هاسلول های سوختی از الکترودها (رسانای الکتریکی جامد) در یک الکترولیت (یک محیط رسانای الکتریکی) استفاده می کنند. هنگامی که مولکول های هیدروژن با الکترود منفی (آند) تماس پیدا می کنند، الکترود دوم به پروتون و الکترون جدا می شود. پروتون ها از طریق یک غشای تبادل پروتون (POEM) به الکترود مثبت (کاتد) پیل سوختی می روند و الکتریسیته تولید می کنند. ترکیب شیمیایی مولکول‌های هیدروژن و اکسیژن باعث تشکیل آب به عنوان محصول جانبی این واکنش می‌شود. تنها نوع انتشار از پیل سوختی بخار آب است.
الکتریسیته تولید شده توسط سلول های سوختی را می توان در پیشرانه الکتریکی خودرو (شامل یک مبدل قدرت الکتریکی و موتور آسنکرونجریان متناوب) برای تولید انرژی مکانیکی برای رانندگی یک وسیله نقلیه. وظیفه مبدل برق این است که جریان مستقیم تولید شده توسط پیل های سوختی را به جریان متناوب تبدیل کند که موتور کشش خودرو را به کار می اندازد.

نمودار یک پیل سوختی با غشای تبادل پروتون:
1 - آند؛
2 - غشای تبادل پروتون (PEM);
3 - کاتالیزور (قرمز)؛
4 - کاتد

پیل سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) یکی از ساده ترین واکنش ها را در بین هر پیل سوختی به کار می برد.

پیل سوختی تک سلولی

بیایید به نحوه عملکرد پیل سوختی نگاه کنیم. آند، پایانه منفی پیل سوختی، الکترون‌هایی را هدایت می‌کند که از مولکول‌های هیدروژن آزاد می‌شوند تا بتوان از آنها در مدار الکتریکی خارجی استفاده کرد. برای انجام این کار، کانال هایی در آن حک شده و هیدروژن را به طور مساوی در کل سطح کاتالیزور توزیع می کند. کاتد (قطب مثبت پیل سوختی) دارای کانال هایی است که اکسیژن را در سطح کاتالیزور توزیع می کند. همچنین الکترون ها را از حلقه بیرونی (مدار) به کاتالیزور هدایت می کند، جایی که می توانند با یون های هیدروژن و اکسیژن ترکیب شوند و آب را تشکیل دهند. الکترولیت یک غشای تبادل پروتون است. این ماده خاصی است که شبیه پلاستیک معمولی است، اما این توانایی را دارد که به یون های دارای بار مثبت اجازه عبور داده و عبور الکترون ها را مسدود کند.
کاتالیزور ماده خاصی است که واکنش بین اکسیژن و هیدروژن را تسهیل می کند. کاتالیزور معمولاً از پودر پلاتین ساخته می شود که در یک لایه بسیار نازک روی کاغذ یا پارچه کربن اعمال می شود. کاتالیزور باید خشن و متخلخل باشد تا سطح آن حداکثر با هیدروژن و اکسیژن تماس پیدا کند. سمت پوشیده شده با پلاتین کاتالیزور در مقابل غشای تبادل پروتون (PEM) قرار دارد.
گاز هیدروژن (H2) تحت فشار آند به پیل سوختی عرضه می شود. هنگامی که یک مولکول H2 با پلاتین روی کاتالیزور تماس پیدا می کند، به دو قسمت، دو یون (H+) و دو الکترون (e–) تقسیم می شود. الکترون‌ها از طریق آند هدایت می‌شوند، جایی که از یک حلقه خارجی (مدار) عبور می‌کنند و انجام می‌دهند کار مفید(مثلاً راندن یک موتور الکتریکی) و از سمت کاتد پیل سوختی برگردید.
در همین حال، در سمت کاتد پیل سوختی، گاز اکسیژن (O 2) از طریق کاتالیزور عبور می کند، جایی که دو اتم اکسیژن را تشکیل می دهد. هر یک از این اتم ها دارای بار منفی قوی هستند که دو یون H+ را در سراسر غشاء جذب می کند، جایی که آنها با یک اتم اکسیژن و دو الکترون از مدار بیرونی ترکیب می شوند و یک مولکول آب (H 2 O) تشکیل می دهند.
این واکنش در یک پیل سوختی تقریباً 0.7 وات نیرو تولید می کند. برای بالا بردن توان به سطح مورد نیاز، بسیاری از پیل‌های سوختی جداگانه باید ترکیب شوند تا یک پشته پیل سوختی تشکیل شود.
پیل های سوختی POM در دمای نسبتاً پایین (حدود 80 درجه سانتیگراد) کار می کنند، به این معنی که می توان آنها را به سرعت به دمای عملیاتی رساند و به سیستم های خنک کننده گران قیمت نیاز ندارند. پیشرفت مداوم در فناوری و مواد به کار رفته در این سلول‌ها، قدرت آنها را به سطحی نزدیک‌تر کرده است که باتری چنین پیل‌های سوختی که بخش کوچکی از صندوق عقب خودرو را اشغال می‌کند، می‌تواند انرژی مورد نیاز برای راندن خودرو را تامین کند.
در طول سال‌های گذشته، اکثر خودروسازان پیشرو در جهان سرمایه‌گذاری زیادی در توسعه طرح‌های خودرویی که از سلول‌های سوختی استفاده می‌کنند، انجام داده‌اند. بسیاری قبلاً خودروهای پیل سوختی را با ویژگی‌های قدرت و عملکرد رضایت‌بخش نشان داده‌اند، اگرچه بسیار گران بودند.
بهبود طراحی چنین خودروهایی بسیار فشرده است.

خودروی پیل سوختی از یک نیروگاه واقع در زیر کف خودرو استفاده می کند

NECAR V بر اساس یک خودروی کلاس A مرسدس بنز ساخته شده است که کل نیروگاه به همراه سلول های سوختی در زیر کف خودرو قرار دارد. این راه حل سازندهامکان قرار دادن چهار سرنشین و چمدان در خودرو را فراهم می کند. در اینجا نه هیدروژن، بلکه از متانول به عنوان سوخت خودرو استفاده می شود. متانول با استفاده از یک ریفرمر (دستگاهی که متانول را به هیدروژن تبدیل می کند) به هیدروژن لازم برای تامین انرژی پیل سوختی تبدیل می شود. استفاده از یک اصلاح کننده در داخل خودرو امکان استفاده از تقریباً هر هیدروکربنی را به عنوان سوخت فراهم می کند که به شما امکان می دهد با استفاده از شبکه موجود پمپ بنزین خودروی پیل سوختی را سوخت گیری کنید. در تئوری، پیل های سوختی چیزی جز برق و آب تولید نمی کنند. تبدیل سوخت (بنزین یا متانول) به هیدروژن مورد نیاز یک پیل سوختی تا حدودی جذابیت زیست محیطی چنین خودرویی را کاهش می دهد.
هوندا که از سال 1989 در پیل های سوختی فعالیت می کند، در سال 2003 دسته کوچکی از خودروهای هوندا FCX-V4 را با سلول های سوختی مبادله پروتون غشایی بالارد تولید کرد. این پیل‌های سوختی 78 کیلووات توان الکتریکی تولید می‌کنند و از موتورهای کششی الکتریکی با قدرت 60 کیلووات و گشتاور 272 نیوتن‌متر برای به حرکت درآوردن چرخ‌های محرک استفاده می‌کنند. خودروی پیل سوختی در مقایسه با خودرو طرح سنتیجرم تقریباً 40٪ کمتر است که دینامیک عالی را برای آن فراهم می کند و ذخیره هیدروژن فشرده به آن اجازه می دهد تا 355 کیلومتر بدود.

هوندا FCX از انرژی الکتریکی تولید شده توسط سلول های سوختی برای رانندگی استفاده می کند.
هوندا FCX اولین خودروی پیل سوختی جهان است که گواهینامه دولتی در ایالات متحده دریافت کرده است. این خودرو دارای گواهینامه ZEV - Zero Emission Vehicle است. هوندا هنوز قصد فروش این خودروها را ندارد، اما در حال اجاره حدود 30 خودرو در هر واحد است. کالیفرنیا و توکیو، جایی که زیرساخت های سوخت گیری هیدروژن در حال حاضر وجود دارد.

خودروی مفهومی Hy Wire جنرال موتورز دارای پیشرانه پیل سوختی است

جنرال موتورز در حال انجام تحقیقات گسترده ای در زمینه توسعه و ایجاد خودروهای سلول سوختی است.

شاسی ماشین های وایر

خودروی مفهومی GM Hy Wire 26 اختراع ثبت کرده است. اساس خودرو یک پلت فرم کاربردی با ضخامت 150 میلی متر است. در داخل پلت فرم سیلندرهای هیدروژن، یک نیروگاه پیل سوختی و سیستم های کنترل خودرو استفاده می شود جدیدترین فناوری هاکنترل الکترونیکی با سیم شاسی وسیله نقلیه Hy Wire یک پلت فرم نازک است که تمام عناصر اصلی ساختار خودرو را در خود جای داده است: مخازن هیدروژن، سلول های سوختی، باتری ها، موتورهای الکتریکی و سیستم های کنترل. این رویکرد طراحی امکان تغییر بدنه خودرو را در حین کار میسر می کند.این شرکت همچنین در حال آزمایش نمونه اولیه خودروهای پیل سوختی Opel و طراحی کارخانه ای برای تولید پیل سوختی است.

طراحی مخزن سوخت هیدروژن مایع "ایمن".:
1 - دستگاه پرکن؛
2 - مخزن خارجی;
3 - پشتیبانی می کند.
4 - سنسور سطح;
5 - مخزن داخلی;
6 - خط پر کردن.
7 - عایق و خلاء;
8 - بخاری؛
9 - جعبه نصب

BMW به مشکل استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت خودروها توجه زیادی دارد. ب ام و همراه با Magna Steyer که به دلیل کارش در زمینه استفاده از هیدروژن مایع در اکتشافات فضایی مشهور است، مخزن سوختی برای هیدروژن مایع ساخته است که می تواند در خودروها استفاده شود.

آزمایشات ایمنی استفاده از مخزن سوخت هیدروژن مایع را تایید کرده است

این شرکت یک سری آزمایش برای ایمنی سازه با استفاده از روش های استاندارد انجام داد و قابلیت اطمینان آن را تأیید کرد.
در سال 2002، در نمایشگاه خودرو در فرانکفورت آم ماین (آلمان)، مینی کوپر هیدروژن که از هیدروژن مایع به عنوان سوخت استفاده می کند، به نمایش گذاشته شد. باک بنزین این خودرو همان فضای باک بنزین معمولی را اشغال می کند. هیدروژن در این خودرو برای پیل های سوختی استفاده نمی شود، بلکه به عنوان سوخت موتور احتراق داخلی استفاده می شود.

اولین خودروی تولیدی جهان با پیل سوختی به جای باتری

در سال 2003، BMW از تولید اولین خودروی تولیدی با سلول سوختی، BMW 750 hL خبر داد. به جای آن از باتری پیل سوختی استفاده می شود باتری سنتی. این خودرو دارای یک موتور احتراق داخلی 12 سیلندر است که با هیدروژن کار می کند و پیل سوختی به عنوان جایگزینی برای باتری های معمولی عمل می کند و به کولر و سایر مصرف کنندگان برق اجازه می دهد زمانی که خودرو برای مدت طولانی بدون موتور کار می کند، کار کنند.

پر کردن هیدروژن توسط یک ربات انجام می شود، راننده در این فرآیند دخالت ندارد

همین شرکت BMW همچنین دستگاه‌های سوخت‌گیری رباتیکی را توسعه داده است که سوخت‌گیری سریع و ایمن خودروها را با هیدروژن مایع فراهم می‌کند.
ظهور تعداد زیادی از پیشرفت‌ها در سال‌های اخیر با هدف ایجاد خودروهایی با استفاده از سوخت‌های جایگزین و پیشرانه‌های جایگزین نشان می‌دهد که موتورهای احتراق داخلی که در قرن گذشته بر خودروها تسلط داشته‌اند، سرانجام جای خود را به طراحی‌های تمیزتر، کارآمدتر و بی‌صدا خواهند داد. پذیرش گسترده آنها در حال حاضر نه به دلیل مشکلات فنی، بلکه بیشتر به دلیل مشکلات اقتصادی و اجتماعی محدود شده است. برای استفاده گسترده از آنها، ایجاد زیرساخت خاصی برای توسعه تولید ضروری است انواع جایگزینسوخت، ایجاد و توزیع پمپ بنزین های جدید و غلبه بر تعدادی موانع روانی. استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت خودرو مستلزم پرداختن به مسائل مربوط به ذخیره سازی، تحویل و توزیع، با اقدامات ایمنی جدی است.
هیدروژن از نظر تئوری در مقادیر نامحدود موجود است، اما تولید آن بسیار انرژی بر است. علاوه بر این، برای تبدیل خودروها به سوخت هیدروژنی، لازم است دو تغییر بزرگ در سیستم قدرت ایجاد شود: اول، تغییر عملکرد آن از بنزین به متانول، و سپس، طی مدتی، به هیدروژن. مدتی طول می کشد تا این مشکل حل شود.