فرمت فایل: پاورپوینت - ppt  

کتاب سبز - قابل ویرایش ) 

تعداد اسلاید : 43
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 یک مبدل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است. این تبدیل مستقیم بوده و از بازدهٔ بالایی برخوردار است. هر سلول در پیلهای سوختی از سه جزء آنُد، کاتُد و الکترولیت و غشا تشکیل شده‌است. ساختمان باز شده یک پیل سوختی الکترود آند Anode Electrode آند قطب منفی پیل سوختی است و مجموع لایه کاتالیست و لایه نفوذ گاز سمت آند را با هم الکترود آند می نامند. در سمت آند پیل سوختی، در اثر برخورد سوخت ورودی به لایه کاتالیست، واکنشی صورت می گیرد که در نتیجه آن، الکترون از مولکول های سوخت جدا شده و به مدار خارجی منتقل می گردد. مولکول های سوخت که الکترون از دست داده اند نیز به یون های مثبت و یا منفی (بسته به نوع پیل سوختی می تواند یون مثبت و یا یون منفی باشد) تبدیل می شوند. آند پوشش داده شده بر روی غشای مرکزی الکترولیت یک غشا نازک 18 -100 میکرومتر است که بسته به نوع پیل سوختی می تواند مایع، جامد و یا یک ورق پلیمری انعطاف پذیر باشد. الکترولیت یون های تشکیل شده در سمت آند را از خود عبور داده و مانع عبور الکترون در مدار داخلی از سمت آند به کاتد می شود. عبور الکترون و یا هرگونه ماده دیگری از الکترولیت سبب ایجاد اختلال در فرآیندهای شیمیایی و کاهش راندمان پیل سوختی می گردد. الکترولیت (Electrolyte) ورق نفیون 117 - نمونه ای از الکترولیت پیل سوختی الکترود کاتد (Cathode Electrode تاريخچه تاريخچه انواع پيلهاي سوختي 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 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 - هدايت الکترونها 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 پیل سوختی دارای دو الکترود (آند و کاتد) و یک الکترولیت ما بین این دو الکترود و غشا به منظور جدا کردن دو بخش پیل می‌باشد. در قطب آند، هیدروژن بر روی یک کاتالیزور واکنش داده و تولید یک یون با بار مثبت و الکترون با بار منفی می‌کند. پروتون به وجود آمده از محیط الکترولیت گذر کرده حال آنکه الکترون در فضای مدار حرکت می‌کند و تولید جریان مینماید. در قطب کاتد اکسیژن با یون و الکترون واکنش نشان داده و تولید آب و حرارت مینماید. این سلول به تنهائی ۰.۷ ولت نیروی محرکهٔ الکتریکی تولید می‌کند که برای روشنایی یک لامپ کوچک کافی می‌باشد. اگر این پیلها به صورت سری قرار گیرند قادر به تولید برق با توان چندین مگاوات میباشند.[ 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 واکنش اکسايش-کاهش باعث ايجاديک اختلاف پتانسيل در دو سر پيل مي شوند. (مدار خارجي) 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 11 مگاوات بازده الكتريكي: 45%-40% پيل سوختي قليايي الكتروليت: تركيبي ازكربنات مذاب نمك‌ها درماتريسي از جنس LiAlO2 دو نوع ترکيب پرکاربرد: ترکيب كربنات سديم و کربنات ليتيم و يا کربنات پتاسيم وکربنات ليتيم دماي كاركرد: 600 تا 700  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 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 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 مصرف كاتاليست بيشتر از ساير انواع پيل‌سوختي بازده‌ الكتريكي:   %50-40 بدليل دماي پائين و نياز به زمان کم براي راه‌اندازي، كاربرد در وسايل نقليه 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 نحوه عملکرد پيل سوختي متانولي پيل سوختي فلزي 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 و ولتاژ برق به ولتاژ و جريان مناسب مصرفي) الکتروليز آب راديوليز آب فوتوليز تبديل Biomass گاز طبيعي Reforming اکسيداسيون جزئي نفت سنگين گازي کردن زغال سنگ ترموليز آب کاربردهاي نيروگاهي نکته: توليد برق محلي (غير متمرکز) - استفاده از گرماي توليدي جهت 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 حذف آلودگي 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 امكان سوختگيري 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 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 استفاده از مواد گرانقيمت در برخي پيلهاي سوختي ساختار تو خالی نانولوله و کاربرد به عنوان ذخیره کننده و پیل سوختی نانولوله ها، ساختارهای کربنی توخالی هستند. بنابراین، امکان قرار دادن مواد خارجی در داخل آنها وجود دارد. به طور مثال، با قرار دادن فلزات درون نانولوله ها می توان خواص الکتریکی این مواد را بهبود بخشید. تحقیقات نشان داده است که نانولوله های باز، مثل یک نی توخالی عمل می کنند. این نی های مولکولی می توانند به وسیله عمل موئینگی و تحت شرایط خاص، برخی عناصر را به درون خود بکشند. همچنین نانولوله های کربنی برای ذخیره نمودن سوخت های آلکانی و هیدروژن و ایجاد پیل های سوختی نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. ذخیره ی هیدروژن در داخل نانولوله های کربنی تک دیواره امکان پذیر است. ظرفیت جذب هیدروژن نانولوله های تک دیواره ساخته شده حدود 3 تا 5 درصد وزنی نانولوله هاست. بنابراین در مقایسه با دیگر انواع ذخیره سازهای هیدروژن نظیر سیستم هیدروژن مایع، هیدروژن فشرده، هیدریدهای فلزی و سوپرکربن اکتیو، سیستم نانولوله ای کربنی و خصوصاً نانولوله های تک دیواره، بهترین انتخاب برای اهداف مورد نظر بوده و می تواند به عنوان سیستمی سبک، فشرده، نسبتاً ارزان، ایمن و با قابلیت استفاده مجدد در ذخیره سازی هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد. محققان ژاپنی نشان دادند لایه‌نشانی انتخابی نانوذرات آلیاژی اکسید قلع روی پلاتین منجر به تولید کاتالیست موثری برای الکترولیت‌های پیل‌های سوختی می‌شود. این کاتالیست دارای ساختار پیچیده‌ای بوده به طوری که با لایه‌نشانی انتخابی «نانوجزایر اکسید قلع» روی سطح بستر «پلاتین کبالت» قرار داده شده‌است. یل‌های سوختی الکترولیت پلیمری جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی هستند. راهکارهای فناوری نانو برای صنعت پیل سوختی گران بودن کاتالیست: به عنوان کاتالیست در پیلهاي سوختی محدودیتهایی را به همراه دارد. این )Pt( استفاده از پلاتین محدودیتها شامل موارد زیر میشود: Pt 1. قیمت گران در سطح که باعث کم بودن تعداد سایت هاي فعال کاتالیست میشود. Pt 2. تعداد کم مولکولهاي روي بستر Pt روي یک بستر رسانا راه کار بسیار مناسبی است. با پخش کردن نانوذرات Pt استفاده از نانوذرات اندازه ذرات به حدود 2 نانومتر کاهش مییابند. بنابراین، سطح تماس و سطح فعال آنها افزایش یافته و مقدار کمتري مصرف میشود و در نتیجه قیمت کاهش مییابد. بررسیهاي محققان نشان داده است که استفاده Pt زئولیت: زئولیتها، بلورهاي سهبعدي هستند که معمولاً از جنس آلومینیوم سیلیکات میباشند. زئولیتهاي آلومینیوم سیلیکات تولید میکنند. زئولیتهاي آلومینیوم Si-O همگی داراي ساختار شبکهاي چهاروجهی هستند و پیوندهاي منظم که یکی از قويترین پیوندهاي شناخته شده نیز هستند، پایداري Si-O سیلیکات به دلیل قدرت بالاي پیوندهاي حرارتی، گرمایی و شیمیایی )به جز در برابر اسیدهاي قوي( بسیار زیادي دارند. همچنین تخلخل دائمی آنها یکی از ویژگیهاي مشخص زئولیتها است. شکل 1: نمونهای از یک ساختار زئولیتی از CNT به عنوان بستر کارایی بالایی دارند که این امر به خاطر نانومتخلخل بودن و سطح زیاد آنها است. تحقیقات نشان داده است استفاده از CNT تک جداره 30 درصد خروجی توان بیشتري را ایجاد میکند. همچنین استفاده از نانولولههايکربنی به خاطر نسبت طول به عرض بالا، مقاومت زیاد در برابر خوردگی و هدایت الکتریکی بالا است. - مسمومیت کاتالیست متانول در الکترولیت ) DMFC ( یکی از ضعف های پیل سوختی احتمال حل شدن متانول در الکترولیت است. این اتفاق باعث حرکت متانول به سمت کاتد شده و در آنجا به خاطر وجود اکسیژن اکسایش مییابد که این امر سبب کاهش جریان میشود، زیرا الکترونهاي متانول به جاي عبور از سیم از داخل الکترولیت عبورمیکنند. همان طور که در شکل 3 و 4 مشاهده میشود با افزایش دما و غلظت متانول میزان عبور متانول ازالکترولیت افزایش مییابد. در پی سوختن متانول در کاتد، مونوکسید کربن به عنوان محصول جانبی تولید شده و روي کاتالیست مینشیند و با کاهش سطح فعال کاتالیست آن را مسموم میکند. براي حذف این مسمومیتها تحقیقات زیادي انجام شده است. محققان از نانوذرات اکسید باریوم استفاده کرده و آنها را به صورت جزیرهاي روي سطح الکترود قرار دادهاند. در این حالت فضاي کافی براي واکنش اصلی وجود دارد و واکنشهاي اکسایش- کاهش براي حذف رسوبات کربنی توسط باریوم اکسید انجام میشود. بنابراین، این کار اجازه میدهد از سوختهایی نظیر گاز زغال سنگ و بیومس نیز استفاده شود - CNT به عنوان کاتالیست نانولوله هاي کربنی اصلاح شده میتوانند به طور مستقیم به عنوان کاتالیست در پیل سوختی استفاده شوند. بااضافه کردن ناخالصیهاي نیتروژن به CNT و یا با غوطهورسازي آنها در پلیمر میتوان خواص الکترونی CNT ها را اصلاح کرده و آنها را براي استفاده به عنوان کاتالیست آماده کرد. طبق گفته محققان کاتالیستهاي ساخته شده از نانولولههايکربنی غوطهور شده در یک محلول پلیمري، از نظر کارکرد انرژي در پیلهاي سوختی، با کاتالیستهاي Pt برابري میکند، در حالیکه ارزانتر هستند. غوطهورسازي ساده نانولولههايکربنی در یک محلول آبی از پلیمر ديآمینديمتیلآمونیوم کلراید براي حدود 2 ساعت، باعث ایجاد روکش پلیمري روي سطح نانوذره میشود. این روکش از هر اتم کربن یک الکترون را به صورت جزئی به بیرون میکشد و یک بارمثبت خالص ایجاد میکند )شکل 5 (. محققان این نانولولههايکربنی را روي کاتد یک پیل سوختی قلیایی قرار دادند. در این حالت این ماده باردار شده به عنوان یک کاتالیست براي واکنش اکسیداسیون احیا عمل میکند. آزمایشها نشان دادند توان تولیدي این پیل سوختی آزمایشی معادل توان تولیدي پیلی است که از کاتالیست Pt استفاده میکند. برخلاف Pt این کاتالیست فعالیت خود را از دست نمیدهد. بنابراین راندمان طی گذر زمان در نتیجه مسمومیت با CO کاهش نمییابد و از اثرات قرارگیري در معرض متانول مصون است. 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

قسمتی از متن بالا پروژه میباشد که به صورت نمونه ، بعد از پرداخت آنلاین در جزوه باز آنی فایل را دانلود نمایید .

  

 « پرداخت آنلاین و دانلود در قسمت پایین »