مقاله تاریخچه پیل سوختی

معرفی پیل سوختی / تاریخچه پیل سوختی /
اگر چه پیل سوختی به تازگی به عنوان یکی از راهکارهای تولید انرژی الکتریکی مطرح شده است ولی تاریخچه آن به قرن نوزدهم و کار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر می گردد. او اولین پیل سوختی را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.
واژه "پیل سوختی" در سال 1889 توسط لودویک مند و چارلز لنجر به کار گرفته شد. آنها نوعی پیل سوختی که هوا و سوخت ذغال سنگ را مصرف می کرد، ساختند. تلاش های متعددی در اوایل قرن بیستم در جهت توسعه پیل سوختی انجام شد که به دلیل عدم درک علمی مسئله هیچ یک موفقیت آمیز نبود. علاقه به استفاده از پیل سوختی با کشف سوخت های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.
فصلی دیگر از تاریخچه تحقیقات پیل سوختی توسط فرانسیس بیکن از دانشگاه کمبریج انجام شد. او در سال 1932 بر روی ماشین ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسیاری انجام داد. این اصلاحات شامل جایگزینی کاتالیست گرانقیمت پلاتین با نیکل و همچنین استفاده از هیدروکسیدپتاسیم قلیایی به جای اسید سولفوریک به دلیل مزیت عدم خورندگی آن می باشد. این اختراع که اولین پیل سوختی قلیایی بود، "Bacon Cell" نامیده شد. او 27 سال تحقیقات خود را ادامه داد تا توانست یک پیل سوختی کامل وکارا ارائه نماید. بیکون در سال 1959 پیل سوختی با توان 5 کیلووات را تولید نمود که می توانست نیروی محرکه یک دستگاه جوشکاری را تامین نماید.
تحقیقات جدید در این عرصه از اوایل دهه 60 میلادی با اوج گیری فعالیت های مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد. مرکز تحقیقات ناسا در پی تامین نیرو جهت پروازهای فضایی با سرنشین بود. ناسا پس از رد گزینه های موجود نظیر باتری (به علت سنگینی)، انرژی خورشیدی(به علت گران بودن) و انرژی هسته ای (به علت ریسک بالا) پیل سوختی را انتخاب نمود.
تحقیقات در این زمینه به ساخت پیل سوختی پلیمری توسط شرکت جنرال الکتریک منجر شد. ایالات متحده فن آوری پیل سوختی را در برنامه فضایی Gemini استفاده نمود که اولین کاربرد تجاری پیل سوختی بود.
پرت و ویتنی دو سازنده موتور هواپیما پیل سوختی قلیایی بیکن را به منظور کاهش وزن و افزایش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضایی آپولو به کار بردند. در هر دو پروژه پیل سوختی بعنوان منبع انرژی الکتریکی برای فضاپیما استفاده شدند. اما در پروژه آپولو پیل های سوختی برای فضانوردان آب آشامیدنی نیز تولید می کرد. پس از کاربرد پیل های سوختی در این پروژه ها، دولت ها و شرکت ها به این فن آوری جدید به عنوان منبع مناسبی برای تولید انرژی پاک در آینده توجه روزافزونی نشان دادند.
از سال 1970 فنآوری پیل سوختی برای سیستم های زمینی توسعه یافت. تحریم نفتی از سال1973-1979 موجب تشدید تلاش دولتمردان امریکا و محققین در توسعه این فن آوری به جهت قطع وابستگی به واردات نفتی گشت.
در طول دهه 80 تلاش محققین بر تهیه مواد مورد نیاز، انتخاب سوخت مناسب و کاهش هزینه استوار بود. همچنین اولین محصول تجاری جهت تامین نیرو محرکه خودرو در سال1993 توسط شرکت بلارد ارائه شد.
انواع پیل سوختی و خصوصیات هر یک در جدول زیر مشخص است.
پیل سوختی قلیایی
پیل سوختی
متانولی
پیل سوختی
کربنات مذاب
پیل سوختی
اسید فسفریک
پیل سوختی
پلیمری
پیل سوختی
اکسیدجامد
الکترولیت
هیدروکسید پتاسیم
غشاء پلیمری
مایع کربنات مذاب ثابت
مایع اسید فسفریک ثابت
غشاء تعویض یونی
سرامیک
دمای عملیاتی
90-60
130-60
650
200
80
1000
بازده
60-40%
40%
60-45%
40-35%
60-40%
65-50%
توان تولیدی
تا 20 کیلووات
کمتر از 10 کیلووات
بیش از یک مگاوات
بیش از 50 کیلووات
تا 250 کیلووات
بیش از 200 کیلووات
کاربرد
زیر دریایی و فضایی
کاربردهای قابل حمل
نیروگاهی
نیروگاهی
وسائل نقلیه، نیرو گاهی کوچک
نیروگاهی

کارکرد و اهمیت پیل سوختی

شناخت کلی پیل سوختی
پیل سوختی نوعی سل الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی حاصل از واکنش را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. سازه و بدنه اصلی پیل سوختی از الکترولیت، الکترود آند و الکترود کاتد تشکیل شده است. نمای کلی یک پیل سوختی به همراه گازهای واکنش دهنده و تولید شده و مسیر حرکت یونها در شکل ارائه شده است.
پیل سوختی یک دستگاه تبدیل انرژی است که به لحاظ نظری تا زمانی که ماده اکسید کننده و سوخت در الکترودهای آن تامین شود قابلیت تولید انرژی الکتریکی را دارد. البته در عمل استهلاک، خوردگی و بد عمل کردن اجزای تشکیل دهنده، طول عمر پیل سوختی را کاهش می دهد.
در یک پیل سوختی، سوخت به طور پیوسته به الکترود آند و اکسیژن به الکترود کاتد تزریق می شود و واکنش های الکتروشیمیایی در الکترودها انجام شده و با ایجاد پتانسیل الکتریکی جریان الکتریکی برقرار می گردد. اگرچه پیل سوختی اجزاء و ویژگیهای مشابه یک باطری را دارد اما از بسیاری جهات با آن متفاوت است. باطری یک وسیله ذخیره انرژی است و بیشترین انرژی قابل استحصال از آن به وسیله میزان ماده شیمیایی واکنش دهنده که در خود باطری ذخیره شده است (عموماً در الکترودها) تعیین می شود. چنانچه ماده واکنش دهنده در باطری کاملاً مصرف شود، تولید انرژی الکتریکی متوقف خواهد شد (باطری تخلیه می شود). در باطری های نسل دوم ماده واکنش دهنده با شارژ مجدد، دوباره احیا می شود که این عمل مستلزم تامین انرژی از یک منبع خارجی است. در این حالت نیز انرژی الکتریکی ذخیره شده در باطری محدود و وابسته به میزان ماده واکنش دهنده در آن خواهد بود.
گاز اکسید کننده نظیر هوا یا اکسیژن خالص در الکترود کاتد که با صفحه الکترولیت در تماس است جریان پیدا می کند و با اکسیداسیون الکتروشیمیایی سوخت که معمولاً هیدروژن است و با احیاء اکسید کننده انرژی شیمیایی گازهای واکنش گر به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.
از نظر تئوری، هر ماده ای که به صورت شیمیایی قابل اکسید شدن باشد و بتوان آن را به صورت پیوسته (به صورت سیال) به پیل سوختی تزریق کرد، می تواند به عنوان سوخت در الکترود آند پیل سوختی مورد استفاده قرار گیرد. به طور مشابه ماده اکسید کننده سیالی است که بتواند با نرخ منا سبی احیا شود.
گاز هیدروژن به دلیل تمایل واکنش دهندگی بالا به همراه چگالی انرژی بالا به عنوان سوخت ایده آل در پیل سوختی مورد استفاده قرار می گیرد. هیدروژن را می توان از تبدیل هیدروکربن ها از طریق واکنش کاتالیستی، تولید و به صورتهای گوناگون ذخیره سازی کرد. اکسیژن مورد نیاز در پیل سوختی به طور مستقیم از هوا تهیه می شود. بر روی سطح الکترودهای آند و کاتد پیل سوختی واکنش اکسیداسیون و احیاء در ناحیه سه فازی (و در صورت جامد بودن الکترولیت دو فازی) نزدیک سطح مشترک واکنش دهنده ها، کاتالیست و الکترولیت صورت می گیرد. این ناحیه سه فازی نقش مهمی در عملکرد الکتروشیمیایی پیل سوختی به ویژه پیل های سوختی با الکترولیت مایع دارد. در اینگونه پیل های سوختی، گازهای واکنش دهنده از میان یک لایه نازک از الکترولیت که سطح الکترودهای متخلخل را پوشانده است عبور کرده و واکنش الکتروشیمیایی مناسب روی سطح الکترود مربوطه انجام می شود. چنانچه الکترود متخلخل حاوی مقادیر بیش از حد الکترولیت باشد الکترود در اصطلاح غرق flood)) شده و به این ترتیب انتقال واکنشگرهای گازی محلول در الکترولیت به مکان های واکنش محدود می شود. در نتیجه عملکرد الکتروشیمیایی الکترود متخلخل تضعیف می شود لذا ضروری است که در ساختار الکترودهای متخلخل یک تعادل مناسب بین الکترود، الکترولیت و فاز گازی ایجاد شود.
تلاش های اخیر جهت بهبود عملکرد واکنش الکترو شیمیایی، کاهش هزینه های تولید، کاهش ضخامت اجزای پیل سوختی و در عین حال اصلاح و بهبود ساختار الکترودها و فاز الکترولیت متمرکز شده است. الکترولیت با هدایت یون ها بین الکترودها سبب تکمیل مدار الکتریکی پیل سوختی می شود. الکترولیت یک مانع فیزیکی بین سوخت و گاز اکسیژن ایجاد می کند و مانع اختلاط مستقیم آنها می شود. وظیفه صفحات الکترود متخلخل در پیل سوختی شامل موارد زیر است:
1ـ ایجاد یک سطح فعال و مناسب که واکنش های الکتروشیمیایی روی این سطوح انجام می شود.
2ـ هدایت یونهای حاصل از واکنش به داخل یا خارج از ناحیه تبادل سه فازی و انتقال الکترون های تولیدی به مدار خارجی (الکترودها باید هدایت الکتریکی خوبی داشته باشد).
برای افزایش سطح تماس واکنش دهنده ها با کاتالیست لازم است که ساختار الکترود، متخلخل بوده و میزان سطح در دسترس و پوشش داده شده توسط کاتالیست نسبت به حجم الکترود زیاد باشد. ساختار متخلخل، دسترسی راحت اجزاء واکنش دهنده به مراکز فعال را میسر می سازد.
نرخ واکنش های الکتروشیمی با افزایش دما افزایش پیدا می کند، لذا خاصیت کاتالیزوری الکترودها در پیل های سوختی دما پایین از اهمیت بیشتری در مقایسه با پیل سوختی دما بالا برخوردار است. الکترودهای متخلخل باید در هر دو طرف تماس با الکترولیت و گازهای واکنش دهنده، نفوذ پذیر باشند تا حدی که توسط الکترولیت اشباع نشده و بوسیله گازهای واکنش دهنده خشک نشوند.
مزایا و معایب

مزایای پیل سوختی:

پیل سوختی آلودگی ناشی از سوزاندان سوختهای فسیلی را حذف نموده و تنها محصول جانبی آن آب می باشد.
· در صورتیکه هیدروژن مصرفی حاصل از الکترولیز آب باشد نشر گازهای گلخانه ای به صفر می رسد.
· بدلیل وابسته نبودن به سوختهای فسیلی متداول نظیر بنزین و نفت، وابستگی اقتصادی کشورهای ناپایدار اقتصادی را حذف می کند.
· با نصب پیلهای سوختی نیروگاهی کوچک، شبکه غیرمتمرکز نیرو گسترده می گردد.
· پیل های سوختی راندمان بالاتری نسبت به سوختهای فسیلی متداول نظیر نفت و بنزین دارد.
· هیدروژن در هر مکانی از آب و برق تولید می گردد. لذا پتانسیل تولید سوخت، غیرمتمرکز خواهد شد.
· اکثر پیلهای سوختی در مقایسه با موتورهای متداول بسیار بی صدا هستند.
· انتقال گرما از پیلهای دما پایین بسیار کم می باشد لذا آنها را برای کاربردهای نظامی مناسب خواهد شد.
· زمان عملکرد آنها از باتریهای متداول بسیار طولانی تر است. فقط با دو برابر نمودن سوخت مصرفی می توان زمان عملکرد را دو برابر نمود و نیازی به دو برابر کردن خود پیل نمی باشد.
· سوختگیری مجدد پیلهای سوختی به راحتی امکان پذیر می باشد و هیچگونه اثرات حافظه ای بر جای نمی گذارد.
· بعلت عدم وجود اجزای متحرک نگهداری از آنها بسیار ساده می باشد.
· نصب و بهره برداری از پیل های سوختی بسیار ساده و مقرون به صرفه می باشد.
· پیل های سوختی مدولار می باشند یعنی براحتی توان تولیدی از آنها قابل افزایش می باشد.
· این مولدها قابلیت تولید همزمان برق و حرارت را دارند.
· امکان استفاده از سوختهای تجدیدپذیر و سوختهای فسیلی پاک در آنها وجود دارد.
· به میکروتوربین ها متصل می گردند.
· پیل سوختی به تغییر بار الکتریکی پاسخ می دهد.
· پیل سوختی امکان تولید برق مستقیم با کیفیت بالا را دارد.
· دانسیته نیروی بالا دارد.
معایب پیل سوختی :
· سوختگیری پیل های سوختی مشکل اصلی پیلهای سوختی است. تولید، انتقال، توزیع و ذخیره بعلت نبودن زیرساخت مناسب مشکل می باشد.
· تبدیل هیدروکربن به هیدروژن از طریق مبدل هنوز با چالش هایی روبروست و هنوز فن آوری کاملاً پاک نمی باشد.
· برد خودروهای پیل سوختی کوتاهتر و زمان سوختگیری و استارت زدن طولانی تری نسبت به خودروهای متداول دارند.
· پیل های سوختی از باتریهای متداول سنگین تر هستند و محققین در پی کاهش وزن آنها
می باشند.
· تولید پیل سوختی بدلیل نداشتن خط تولید هنوز گران است.
· برخی پیلهای سوختی از مواد گرانقیمت استفاده می کنند.
· این فن آوری هنوز کاملاً توسعه نیافته و محصولات کمی از آن موجود است.
پیل سوختی پلیمری

پیل های سوختی غشاء پروتون (پلیمری) اولین بار در دهه 1960 برای برنامه Gemini ناسا استفاده شد. این نوع پیل سوختی از نقطه نظر طراحی و کارکرد یکی از جذابترین انواع پیل سوختی است. پیل سوختی پلیمری دارای الکترولیت پلیمری به شکل یک ورقه نازک منعطف است که هادی یون هیدروژن(پروتون)می باشد و بین دو الکترود متخلخل قرار می گیرد. جهت کارایی مطلوب لازم است الکترولیت ، از آب اشباع باشد. نفیون یکی از بهترین الکترولیت های مورد استفاده در این نوع پیل سوختی است. این غشاء کوچک و سبک است و در دمای پایین 80 درجه سانتیگراد( تقریباً 175 درجه فارنهایت) کار می کند. سایر الکترولیت های جامد در دمای بالا نزدیک به 1000 درجه سانتیگراد کار می کنند. در پیل سوختی پلیمری واکنش احیاء اکسیژن واکنش کندتر است (این واکنش سه مرتبه کندتر از واکنش اکسید شدن هیدروژن است). کاتالیست مورد استفاده در این پیل سوختی اغلب از جنس پلاتین بوده و میزان کاتالیست مصرفی در الکترودهای این نوع پیل سوختی بیشتر از سایر انواع پیل سوختی است.
بازده الکتریکی این نوع پیل سوختی در حدود %50-40 درصد است. سوخت مصرفی در پیل سوختی پلیمری نیازمند هیدروژن خالص است لذا مبدل در خارج پیل سوختی جهت تبدیل سوخت های متانول و یا بنزین به هیدروژن نیاز است.
میزان دانسیته توانی این نوع پیل سوختی بیشتر از انواع دیگر پیل سوختی است. محدوده دانسیته توانی در این نوع پیل سوختی بین( 600-350) است. طول عمر پیش بینی شده برای پیل سوختی پلیمری بیش از 40000 ساعت است. در این پیل سوختی CO سبب سمی شدن کاتالیست می شود.
واحدهای 50 کیلوواتی اکنون در حال فعالیت و تولید نیرو هستند و واحدهایی تا توان 250 کیلووات نیز در دست توسعه هستند.
در پیل سوختی پلیمری سوخت مورد استفاده هیدروژن می باشد. ملکول هیدروژن در آند به یونهای پروتون و الکترون یونیزه شده، الکترون های آنها جدا می شود. یون های هیدروژن که شامل بار مثبت هستند (پروتون) به یک سطح غشاء خلل دار نفوذ می کنند و به سمت کاتد می روند. الکترون های جدا شده نمی توانند از این غشاء عبور کنند بلکه از یک مدار خارجی عبور کرده و موجب تولید برق می شوند. در کاتد الکترون ها، پروتون های هیدروژن و اکسیژن موجود در هوا با هم ترکیب می شوند و آب را تشکیل می دهند.واکنش ها در الکترودها به شرح ذیل می باشند:
واکنش آند
2H2 => 4H+ + 4e-
واکنش کاتد
O2 + 4H+ + 4e- => 2 H2O
واکنش کلی پیل
2H2 + O2 => 2 H2O

به دلیل جامد بودن الکترولیت این پیل سوختی و همینطور انعطاف پذیر بودن آن امکان شکستن یا ترک خوردن در آن کم است .
در مقایسه با انواع دیگر پیل سوختی ، برای یک حجم و وزن معلوم پیل سوختی پلیمری توان بیشتری تولید می کند. این نوع پیل سوختی به دلیل دمای پائین به زمان کمی برای راه اندازی نیاز دارند و همین خصوصیت آن ها را بهترین گزینه در کاربردهای وسایل نقلیه بعنوان جایگزین برای موتور احتراق داخلی دیزلی و بنزینی معرفی می نماید. همچنین این سیستم ها کاربری مناسبی در زمینه مولدهای خانگی، نیروگاهی کوچک، صنعت حمل ونقل و نظامی دارند

پیل سوختی اکسید جامد

توسعه پیل سوختی اکسید جامد (SOFC) از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در حال حاضر بالاترین دما را در میان انواع پیل سوختی دارد. محدوده دمای عملکرد این پیل600 – 1000 درجه سانتیگراد است و به همین دلیل از انواع سوخت ها در آن می توان استفاده نمود. این پیل سوختی دو ساختار صفحه ای و لوله ای دارد و از الکترولیت جامد سرامیکی نازکی به جای الکترولیت مایع استفاده می شود.
در دمای عملکرد بالا در پیل سوختی اکسید جامد یون های اکسیژن (با بار منفی) از شبکه کریستالی(عموماً ترکیبی از اکسید زیرکنیم و اکسید کلسیم) عبور می کنند. در کاتد ملکول های اکسیژن هوا با چهار الکترون ترکیب می شوند. وقتی یک سوخت گازی حاوی هیدروژن از آند عبور کند، یک جریان شارژ شده منفی شامل یون های اکسیژن از الکترولیت عبور می کند تا سوخت را اکسید کنند. الکترون های ایجاد شده در آند از یک مدار خارجی عبور می کنند و به کاتد می روند. با این کار مدار الکتریکی کامل شده و انرژی برق تولید می شود. پیل های سوختی اکسید جامد نیاز به مبدل خارجی ندارند. واکنش های پیل سوختی اکسید جامد به صورت زیر است:
واکنش آند
2 H2 + 2 O2- => 2 H2O + 4 e-
واکنش کاتد
O2 + 4 e- => 2 O2-
واکنش کلی پیل
2 H2 + O2 => 2 H2O

پیل سوختی اکسید جامد راندمانی در حدود 60-45 درصد دارد و میزان دانسیته توان تولیدی در این نوع پیل سوختی 300-240 است. طول عمر این نوع پیل سوختی بیش از 40000 ساعت است. ترکیب این نوع پیل سوختی با یک توربین بازده کلی را به 70% افزایش می دهد.
با توجه به دمای بالای کارکرد پیل سوختی اکسید جامد، کاربردهای نیروگاهی این نوع پیل سوختی بیشتر مدنظر است. دمای بالای کارکرد یک سری مزایای ویژه را برای این نوع پیل سوختی به همراه می آورد. این مزایا عبارتند از:
1- تنوع در سوخت مورد استفاده(گازی نمودن ذغال، گازهای حاصل از فرایندهای صنعتی و سایر منابع)
2- امکان تبدیل مستقیم سوخت های هیدروکربنی بدون نیاز به مبدل سوخت
3- راندمان بالا
4- امکان به کارگیری در مولدهای تواان برق و حرارت(بازیافت حرارتی جهت گرم نمودن فضا و یا توربین بخار جهت ایجاد برق)
دمای بالای کارکرد پیل سوختی اکسید جامد و نیاز به مواد گرانقیمت تنوع کاربردها را در این پیل سوختی محدود می کند ولی از طرف دیگر با افزایش دمای کارکرد امکان تبدیل سوخت در داخل پیل سوختی میسر شده و امکان بهره برداری موثر از انرژی گرمایی تولید شده نیز بوجود می آید.
با توجه به دمای بالای کارکرد پیل سوختی اکسیدجامد، این نوع پیل سوختی در نیروگاه های بزرگ تولید برق و هم چنین نیروگاه های سیکل ترکیبی مورد استفاده قرار می گیرد.
پیل سوختی قلیایی

پیل سوختی قلیایی یکی از فن آوری های توسعه یافته می باشد که از اواسط دهه 60 در برنامه آپولو و شاتل های فضایی ناسا به کار گرفته شد. پیل سوختی در این فضاپیماها هم برق جانبی مورد نیاز و هم آب آشامیدنی را تامین می نماید. در این نوع پیل از اکسیژن و هیدروژن استفاده شده و الکترولیت آن نیز عموماً محلول هیدروکسید پتاسیم است.
دمای عملیاتی از 150 تا 220 درجه سانتیگراد متغیر است و غلظت الکترولیت هیدروکسید پتاسیم نیز با دما تغییر می کند. الکترولیت مورد استفاده که محلول برپایه آب است معمولاً در یک ماتریس متخلخل (از جنس آزبست) نگهداری می شود. بازده این نوع پیل سوختی درحدود %70 است و دانسیته توان آن در حد 300-100 است. طول عمر این پیل سوختی بیش از 10000 ساعت می باشد.
الکتروکاتالیست در پیل سوختی قلیایی شامل نیکل، نقره و اکسید های فلزات است. در میان پیل های سوختی دما پایین، پیل سوختی قلیایی تنها نوعی است که قابلیت کاربرد کاتالیست های فلزات معمولی در آن وجود دارد.
در این پیل سوختی یون های هیدروکسیل (-OH) از کاتد به آند می روند و با هیدروژن واکنش داده و تولید آب و الکترون می کنند. الکترون های بوجود آمده در آند توسط یک مدار خارجی توان الکتریکی تولید می کنند. این مدار خارجی الکترون ها را به کاتد باز می گرداند. آب تولید شده در آند به کاتد برگشته و در آنجا با الکترون ها و اکسیژن واکنش داده و موجب ساخته شدن یون های هیدروکسیل بیشتری می شوند. این یون ها درون الکترولیت نفوذ کرده و واکنش ادامه پیدا می کند واکنش های شیمیایی در آند و کاتد در ذیل آمده است . براساس این واکنش ها پیل سوختی الکتریسیته و حرارت را به عنوان محصول جانبی تولید می کند.
واکنش آند
2 H2 + 4 OH- => 4 H2O + 4 e-
واکنش کاتد
O2 + 2 H2O + 4 e- => 4 OH-
واکنش کلی پیل
2 H2 + O2 => 2 H2O

از خصوصیات پیل سوختی قلیایی حساسیت زیاد آن به CO2موجود در هوا و یا سوخت است. CO2 سریعاً با الکترولیت واکنش داده و موجب کاهش عملکرد پیل سوختی می گردد. لذا این نوع پیل سوختی بایستی در محیط بسته باشد و از اکسیژن و هیدروژن خالص استفاده کند و از واکنش های شیمیایی اضافی و ایجاد کربنات جامد جلوگیری شود.
جنبه مثبت پیل سوختی قلیایی تولید ارزان است. کاتالیست مورد استفاده در این نوع پیل از مواد متنوعی از قبیل نیکل، نقره و اکسید فلزات است که از کاتالیست های سایر پیل های سوختی ارزانتر است.
به علت احتمال نشت الکترولیت مایع و حساسیت به آلودگی پیل سوختی قلیایی برای کاربردهای حمل و نقلی مناسب نیست. عملکرد یک پیل سوختی قلیایی را در شکل می بینید.
همچنین به دلیل دمای پایین کارکرد و در نتیجه شروع به کار سریع پیل سوختی کاربرد پیل سوختی قلیایی به کاربردهای فضایی کوچک و صنایع نظامی خاص محدود می شود.
پیل سوختی متانولی

پیل سوختی متانولی یک فن آوری نوظهور است که در آینده بسیار نزدیک در تلفن های همراه و Laptop ها به تولید انبوه خواهد رسید. در اویل دهه 90 پیل سوختی متانولی بدلیل کارایی و چگالی قدرت پایین و سایر مشکلاتش هنوز مناسب نبود. بهبود در کاتالیست و دیگر پیشرفت های ایجاد شده در طی سال های اخیر، چگالی قدرت را 20 برابر افزایش داده و کارایی آن را به 40 % رسانیده است. میزان توان گرفته شده از این پیل سوختی در حدودmW/Cm2 400-200 است.
پیل سوختی متانولی در واقع نوعی پیل سوختی پلیمری است با این تفاوت که در این پیل سوختی ساختار الکترودها با پیل سوختی پلیمری تا حدی متفاوت است و در این نوع پیل متانول مایع به عنوان سوخت مصرف می شود. مشکل اصلی در مورد این پیل سوختی عبور متانول از غشاء پلیمری است به همین دلیل تحقیقات برروی الکترولیت هایی که میزان عبوردهی کمتری دارند متمرکز شده است.
در پیل سوختی متانولی یون هیدروژن (پروتون) حامل بار است. در آند متانول مایع با آب اکسید شده و دی اکسید کربن و یون هیدروژن تولید می کند. یون های هیدروژن از طریق الکترولیت و الکترون ها از طریق یک مدار خارجی که عامل ایجاد الکتریسته در سیستم است، به سمت کاتد حرکت می کنند. در کاتد یون های هیدروژن و الکترون ها با اکسیژن واکنش داده و آب تولید می شود که مقداری از این آب تولید شده جهت مصرف به سمت آند ارسال می گردد. واکنش های انجام شده در پیل به شرح ذیل می باشد:
واکنش آند
CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e-
واکنش کاتد
3/2 O2 + 6 H+ + 6e- => 3 H2O
واکنش کلی پیل
CH3OH + 3/2 O2 => CO2 + 2 H2O

این پیل ها در محدوده دمایی 50 تا 120 درجه سانتی گراد، آزمایش شده اند. این دمای کم کارکرد و عدم نیاز به مبدل سوخت، این پیل را نمونه خوبی برای کاربردهای کوچک و متوسط مثل تلفن های همراه و دیگر محصولات نظیر آن همچون مولد برق اتومبیل معرفی می کند.
پیل های سوختی متانولی می تواند 10 برابر باتری های پیشرفته انرژی الکتریکی در اختیار ما قرار دهند و نیاز به شارژ مجدد نخواهند داشت. فقط لازم است که کارتریج حاوی سوخت در این نوع پیل های سوختی تعویض شود.
دمای پائین این پیل ها سبب می گردد تا فرایند اکسیداسیون متانول به یون هیدروژن و دی اکسیدکربن نیازبه مقادیر بیشتری از کاتالیست و فعالیت بهتر آن داشته باشد.و همین موضوع موجب گرانتر شدن این پیل ها می گردد.
با توجه به اینکه متانول سمی است برخی شرکت ها به توسعه پیل های سوختی اتانولی نیز پرداخته اند. البته عملکرد پیل سوختی اتانولی نصف نوع متانولی است که انتظار می رود با ادامه تحقیقات کارایی آنها به هم نزدیک شود.
پیل سوختی اسید فسفریک

پیل سوختی اسید فسفریک اولین پیل سوختی تجاری می باشد که توسعه آن از اواسط دهه 1960 آغاز گشت و از سال 1970 در مرحله آزمایش قرار گرفت و همچنان در حال توسعه در زمینه افزایش پایداری و عملکرد و کاهش هزینه می باشد. الکترولیت مورد استفاده در این پیل سوختی اسیدفسفریک با غلظتی در حدود %100 می باشد. محدوده دمای کارکرد این پیل سوختی بین 150 تا 220 درجه سانتیگراد است. هدایت یونی در اسیدفسفریک نسبتاً ضعیف است ولی به علت پایداری بیشتر نسبت به سایر اسیدها جهت استفاده در این نوع پیل سوختی ارجحیت دارد. پیل سوختی اسیدفسفریک به CO2 حساسیتی نداشته و حضور CO تا حد 2-1 درصد مشکلی ایجاد نمی کند. کاتالیست مورد استفاده در پیل سوختی اسید فسفریک پلاتین و ماتریسی که برای نگه داری اسید به کار می رود از جنس کاربید سیلیکون (SiC) است. بازده الکتریکی این نوع پیل سوختی در حد 45%-40% است که با استفاده از حرارت حاصل از واکنش های الکتروشیمیایی در کاربردهای توامان برق و حرارت میزان بازده کلی (الکتریکی و حرارتی) به 85% افزایش می یابد.
اکنون پیل های سوختی اسیدفسفریک با توان 200 کیلووات مشغول به کار می باشد و واحدهایی با توان 11 مگاوات در حال تست هستند.
سوخت مورد استفاده در پیل سوختی اسیدفسفریک هیدروژن می باشد و یون هیدروژن H+ نقش حامل بار را ایفاء می کند. همانند پیل های سوختی پلیمری هیدروژن در آند به پروتون و الکترون تفکیک شده و پروتون از طریق الکترولیت و الکترون از طریق مدار بیرونی به کاتد منتقل می شوند. در کاتد الکترون ها، یون های هیدروژن و اکسیژن واکنش داده و آب تولید می گردد. واکنش های آند، کاتد و واکنش کلی پیل در ذیل ارائه شده است.
واکنش آند
2 H2 => 4 H+ + 4 e-
واکنش کاتد
O2(g) + 4 H+ + 4 e- => 2 H2O
واکنش کلی پیل
2 H2 + O2 => 2 H2O

استفاده از کاتالیت پلاتین سبب افزایش سرعت واکنش های آند و کاتد می گردد.
تامین هیدروژن مورد نیاز برای پیل سوختی اسیدفسفریک با به کارگیری یک مبدل خارجی انجام می گیرد که در آن سوخت هیدروکربن به هیدروژن تبدیل می شود. وجود گوگرد حتی در کمترین مقدار موجب صدمه دیدن کاتالیست می شود. از این رو جداسازی کامل سولفور از سوخت هیدروکربنی مصرفی امری ضروری می باشد. گرمای بوجود آمده در پیل سوختی اسیدفسفریک می تواند در کاربرد ترکیبی گرما و برق مورد استفاده قرار گیرد.
از نکاتی که می بایست در پیل سوختی اسیدفسفریک مدنظر قرار گیرد، مقاومت اجزای آن می باشد، که بایستی در برابر خورندگی اسید مقاومت بالایی از خود نشان دهند.
یکی از مهمترین کاربردهای پیل سوختی اسیدفسفریک، در مصارف (on-site) یا نیروگاه های غیر متمرکز نصب شده در محل مصرف است که در زمان حاضر یکی از موثرترین کاربردهای این گونه پیل های سوختی است. در این حالت مولد پیل سوختی اسیدفسفریک به طور مستقیم در محل مصرف نصب می شود و از حرارت و الکتریسیته تولیدی به طور همزمان استفاده می گردد.
پیل سوختی اسید فسفریک اولین تکنولوژی پیل سوختی است که به صورت تجاری در دسترس قرار گرفته است. سیستم هایی از این نوع که در حال حاضر در دسترس هستند در خانه ها و هتل ها و بیمارستان ها وبرخی واحدهای الکتریکی نصب شده است. بعضی از این واحدها دارای مشخصات تجاری بوده و ضمانت سازندگانشان را به همراه دارند. به طور مثال سیستمی که در شکل مشاهده می شود یک سیستم 200 کیلووات از شرکت ONSI است که از سال 1997 در واحد تصفیه خانه فاضلاب در نیویورک نصب شده است.
پیل های سوختی هوا- روی

در یک پیل سوختی هوا-روی معمولی یک الکترود نفوذ گاز(GDE) و یک آند روی وجود دارد که توسط الکترولیت و بعضی جداکننده های مکانیکی از یکدیگر جدا شده اند.GDE یک غشاء تراوش پذیر است که اکسیژن با فشار اتمسفر را از خود عبور می دهد. پس از تبدیل اکسیژن به یون های هیدروکسیل و آب، یون های هیدروکسیل با عبور از الکترولیت به آند روی می رسند.
در آند یون های هیدروکسیل با روی واکنش داده و اکسید روی تشکیل می دهند. در این فرایند پتانسیل الکتریکی تولید می شود.
هنگامی که یک دسته از پیل های هوا- روی به هم متصل شوند، پتانسیل الکتریکی حاصل از ترکیب این پیل ها می تواند به عنوان یک منبع توان الکتریکی استفاده شود. این فرایند الکتروشیمیایی بسیار شبیه یک پیل سوختی پلیمری است اما سوختگیری آن متفاوت است و ویژگی های اختصاصی باتری ها را شامل می شود. پیل سوختی هوا- روی شامل مخزن سوخت روی و یک یخچال روی است که بطور اتوماتیک و بدون صدا سوخت را تولید می کند.
در سیستم حلقه بسته وقتی روی و اکسیژن در حضور الکترولیت مخلوط می شوند(مانند پیل سوختی پلیمری) و اکسید روی تشکیل می دهد، برق تولید می شود. بعد از اتمام سوخت، سیستم به یک شبکه متصل شده و فرایند معکوس می گردد. نکته کلیدی این است که فرایند معکوس برای کامل شدن تنها 5 دقیقه زمان می گیرد.
مزیت مهم فن آوری هوا- روی نسبت به سایر فن آوری باتری، انر‍ژی مخصوص بالا است. هنگامی که پیل سوختی هوا- روی به عنوان نیرو محرکه خودروهای برقی استفاده می شود، برد بیشتری را نسبت به باتری با وزن مشابه نشان دادند.
علاوه بر این به جهت فراوانی روی در زمین هزینه مواد برای پیل سوختی هوا- روی و باتری های هوا- روی بسیار پایین می باشد. بنابراین فن آوری هوا- روی مستعد جهت کاربردهای وسیعی نظیر خودروهای برقی،مصرف کننده های الکترونیکی تا کاربردهای نظامی است. شرکت Powerzinc در کالیفرنیای جنوبی در حال حاضر فن آوری هوا- روی خود را برای برخی کاربردها به مرحله تجاری رسانده است.
پیل سوختی کربنات مذاب

پیل سوختی کربنات مذاب (MCFC) کاملاً متفاوت از سایر انواع پیل سوختی عمل می نماید. الکترولیت این پیل ها ترکیبی از مذاب کربنات نمک ها می باشد. دو نوع ترکیبی که اکنون بیشترین کاربرد را دارند ترکیب کربنات سدیم و کربنات لیتیم و یا کربنات پتاسیم و کربنات لیتیم می باشند که در ماتریسی از جنس LiAlO2 نگهداری می شود. بواسطه دمای کارکرد بالا این نوع پیل سوختی، نیکل به عنوان آند و اکسید نیکل به عنوان کاتد استفاده می شود و نیازی به استفاده از فلزات کمیاب در الکترودهای این پیل سوختی نیست.
برای ذوب کربنات نمک و دستیابی به هدایت یون بهتر در الکترولیت، پیل سوختی کربنات مذاب دمای بالا ( 600تا700 درجه سانتیگراد )کار می کند. از این رو این پیل ها در خانواده پیل های سوختی دما بالا طبقه بندی می شوند.
یون های هادی در این پیل سوختی کربنات (CO32-)می باشند. این یون ها از کاتد به آند منتقل می گردد. در آند، هیدروژن با این یون ها واکنش داده و دی اکسید کربن، آب و الکترون تشکیل می دهد. الکترون ها توسط یک مدار خارجی از آند به کاتد منتقل می شود و برق تولید می کند. اکسیژن هوا با دی اکسید کربن بازیافت شده از آند با الکترون ها واکنش می دهد و یون های CO32-را بوجود می آورد و الکترولیت را سرشار از یون ها CO32- می کند. واکنش ها به شرح ذیل است:
واکنش آند
CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
واکنش کاتد
CO2+ 1/2O2 + 2e- => CO32-
واکنش کلی پیل
H2(g) + 1/2O2(g) + CO2 (cathode) => H2O(g) + CO2 (anode)

گرما به عنوان محصول فرعی برای تولید بخار فشار بالا استفاده می شود که در صنعت کاربرد زیادی دارد. میزان بازده سوخت در این پیل سوختی در حدود %60 درصد است ولی با بازیافت حرارتی در سیستم های توامان برق و حرارت بازده به بیش از %75 می رسد. دانسیته توان در این پیل سوختی در حدود 200ـ100 است. این نوع پیل سوختی طول عمری بیش از 40000 ساعت از خود نشان داده است.
پیل های سوختی کربنات مذاب بر خلاف پیل های سوختی اسید فسفریک و قلیایی حساسیت کمتری نسبت به مسمومیت مونوکسید کربن دارند و همین امر سبب می گردد که امکان استفاده ازن سوخت هایی که بر پایه زغال سنگ می باشند در این نوع پیل سوختی وجود داشته باشد. پیل های سوختی کربنات مذاب با کاتالیست های نیکلی که ارزان تر از کاتالیست های پلاتینی هستند عملکرد بسیار خوبی از خود نشان دادند. واحدهای تولیدی از این نوع پیل سوختی تا ظرفیت 2 مگاوات وجود دارند. و طراحی های مربوط ب واحدهای 50 الی 100 مگاوات نیز انجام شده است.
پیل سوختی کربنات در مقایسه با سایر پیل های سوختی دما بالا دارای دو مشکل می باشد، یکی از این مشکلات پیچیدگی کار با الکترولیت مایع است. دومین مشکل باقیمانده های واکنش شیمیایی در پیل سوختی کربنات مذاب است. یون های کربنات الکترولیت در واکنش های آند استفاده می شوند بنابراین نیاز داریم که توسط تزریق دی اکسید کربن در کاتد این مقدار را جبران کنیم.
دمای بالای عملکرد پیل سوختی کربنات مذاب کاربرد این گونه پیل های سوختی را محدود به نیروگاه های بزرگ تولید الکتریسیته کرده و امکان استفاده از آن در کاربردهای کوچک و یا حتی خانگی وجود ندارد. دمای بالای کارکرد این نوع پیل سوختی مزایای ویژه ای را نیز به همراه دارد. یکی از مهم ترین مزایای دمای بالای کارکرد این نوع پیل سوختی قابلیت تبدیل سوخت در داخل پیل سوختی است به این معنی که سوخت مصرفی مانند گازطبیعی به طور مستقیم در پیل سوختی مورد استفاده قرار می گیرد. از مزایای دیگر این نوع پیل سوختی امکان استفاده از گرمای تولیدی در پروسه های شیمیایی و در تولید بخار و انتقال بخار حاصل به توربین های بخار جهت تولید الکتریسیته است.
پیل سوختی سرامیکی پروتونی

این نمونه جدید پیل سوختی بر پایه ماده الکترولیتی سرامیکی استوار است که در دماهای بالا رسانایی پروتونی بالایی دارد.
پیل سوختی سرامیکی مزیت های جنبشی و گرمایی در عملیات دمای بالا (در 700 درجه سلسیوس) پیل سوختی کربنات مذاب و پیل سوختی اکسید جامد را شامل می شود، در حالی که تمام مزایای رسانایی پروتون در پیل های سوختی اسید فسفریک و پیل سوختی پلیمری را دارد.
در این نوع پیل دمای عملیاتی بالا جهت رسیدن به بازدهی بیشتر با سوخت های هیدروکربنی ضروری است. دمای عملیاتی این نوع از پیل های سوختی سرامیکی سبب می گردد تا سوخت های فسیلی به طور الکتروشیمیایی اکسید شده و مستقیماً در آند مورد استفاده قرار گیرند.
این عمل مراحل میانی تولید هیدروژن در طول فرایند پرهزینه تبدیل سوخت را حذف می کند. مولکول های گازی سوخت هیدروکربنی در حضور بخارآب روی سطح آند جذب شده و به اتم های هیدروژن و دی اکسیدکربن تبدیل می گردد. شرکت Coorstek در حال مطالعه اولیه این نوع پیل سوختی است.
کاربردهای پیل سوختی / نیروگاهی

بازار مولدهای نیروگاهی پیل سوختی بسیار گسترده است و کاربردهای دولتی، نظامی و صنعتی را شامل می شود. همچنین به عنوان نیروی پشتیبان در مواقع اضطراری در مخابرات، صنایع پزشکی، ادارات، بیمارستان ها، هتل های بزرگ و سیستم های کامپیوتری به کار می رود.
پیل های سوختی نسبتاً آرام و بی صدا هستند لذا جهت تولید برق محلی مناسبند. علاوه بر کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاه ها می توان جهت گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.
این نیروگاه ها در مصارف کوچک بازدهی الکتریکی بالایی دارند و همچنین در ترکیب با نیروگاه های گاز طبیعی بازدهی الکتریکی آنها به 70-80% می رسد.
مزیت دیگر این نیروگاه ها عدم آلودگی محیط زیست است. خروجی نیروگاه های پیل سوختی بخار آب می باشد.
نیروگاه های پیل سوختی قابلیت استفاده از سوخت های مختلف مانند متانول، اتانول، هیدروژن، گاز طبیعی، پروپان و بنزین را دارند و مانند سایر نیروگاه ها محدود به استفاده از یک منبع انرژی خاص نیست.
از زمانیکه اولین پیل سوختی نیروگاهی در دهه 60 تولید گشت، تا کنون در مجموع 650 سیستم کامل با توان بیش از 10 کیلووات (میانگین آن 200 کیلووات است) ساخته شد. تقریباً 90 درصد از این واحدها با گاز طبیعی تغذیه می شود. البته استفاده از سوخت های جایگزین نظیر بیوگاز و گاز ذغال نیز پیشرفت قابل ملاحظه ای داشته است.
در این بخش نیروگاه انواع متنوع پیل سوختی به کار رفته است. در ابتدا از پیل سوختی اسید فسفریک آغاز گردید و سپس پیل سوختی پلیمری و پیل سوختی کربنات مذاب جایگزین آن گشتند. در حالیکه پیل سوختی اکسید جامد در آینده بازار را به قبضه در خواهد آورد.
در بخش پیل های سوختی نیروگاهی کوچک (زیر 10 کیلووات) نیز رشد قابل ملاحظه ای را شاهد بودیم. تعداد این واحدها اکنون به 1900 رسیده است. این سیستم جهت مصارف خانگی و بازارهایی از قبیل UPS ونیروی پشتیبان در اماکن دوردست کاربری دارد. نیمی از محصولات در آمریکای شمالی توسعه یافته است.
در بخش سیستم های نیروگاهی کوچک 20 درصد سهم بازار را پیل سوختی اکسیدجامد و مابقی را پیل سوختی پلیمری تشکیل می دهد. بازار پیل سوختی کوچک در ژاپن که به مصارف خانگی اختصاص دارد، منحصراً با پیل سوختی پلیمری است و امید است تا انتهای سال 2005 محصولات به بازار عرضه گردند.
فروش تعدادی از واحدهای نیروگاهی کوچک آغاز شده است که از جمله آنها سیستم GenCore شرکت Plug Power می باشد(توان 5 کیلووات، 15000 دلار)
دولت ژاپن حمایت خود از توسعه پیل های سوختی نیروگاهی در ابعاد بزرگ را از سال 1980 آغاز نموده است و شرکت های ژاپنی گاز توکیو و Osaca از بزرگترین شرکت های توسعه دهنده این فن آوری می باشند.
ایالات متحده نیز حمایت های چشمگیری در این راستا انجام داده است. وزارت انرژی و دفاع امریکا برنامه های عملی پیل سوختی اسیدفسفریک را در 30 مکان نظامی از سال 1994 آغاز نمود.
در حال حاضر در بخش نیروگاهی پیل سوختی اسید فسفریک بیشترین کاربرد را دارد. تعداد زیادی از سیستم های پیل سوختی اسیدفسفریک 200 کیلووات شرکت UTC Fuel Cell با نام PC25 از اوایل دهه 90 فروخته شد.
در ادامه شرکت های فعال در زمینه پیل سوختی نیروگاهی به تفکیک نوع پیل سوختی بررسی شده است:
پیل های سوختی قلیایی:
در حال حاضر تعداد کمی از شرکت ها از این فن آوری در کاربردهای نیروگاهی بزرگ استفاده می کنند.
در سال 1980 شرکت زیمنس سیستم 40 کیلووات را تحت برنامه دفاعی آلمان تست نمود. به علاوه یک سیستم پیل سوختی 40 کیلووات نیز توسط شرکت بلژیکی/ هلندی Elenco در سال 1980 ساخته شد.
پیل سوختی کربنات مذاب:
· Ansaldo Fuel Cell (ایتالیا) این شرکت پیل سوختی کربنات مذاب را در محدوده توانی 100 کیلووات الی 30 مگاوات توسعه می دهد. این شرکت به تازگی واحد "Series 500" را با توان نیروی 500 کیلووات طراحی نمود. این شرکت تا پایان امسال فروش تجاری محصولات خود را آغاز خواهد نمود.
· شرکت Fuel Cell Energy (امریکا) توسعه فن آوری پیل سوختی کربنات مذاب را از سال 1970 آغاز نمود و محصول DFC را با توان 250 کیلووات به فروش رسانده است. این واحدها در تجهیزات کنکتیکات نصب شده و سالانه 50 مگاوات نیرو تولید می کند. این شرکت قراردادهای پخش و توزیع با شرکت کاترپیلار (جهت بازارهای امریکا) و مارابنی (جهت بازارهای آسیا و استرالیا) امضاء نموده است.
· دولت ژاپن نیز تحقیقات در زمینه این نوع پیل سوختی را از سال 1981 آغاز نموده است. فعالیت توسعه و تولید ژاپن به طور گسترده در صنایع IHI انجام می شود و دو واحد 300 کیلووات را در سال 2002 ارائه نمود. انجمن تحقیقات MCFC ژاپن نیز واحد پیل سوختی کربنات مذاب با توان 10 کیلووات که با سوخت گاز طبیعی سوختگیری می شود را به مدت 3000 ساعت تست نموده است. در این پروژه IHI سری پیل سوختی و تجهیزات آزمایشگاهی را ساخته است.
· شرکت MTU Fridrichshafen(آلمان) که شرکت جانبی دایملر کرایسلر است که به توسعه واحدهای مولد نیرو پیل سوختی کربنات مذاب با مشارکت Fuel Cell Energy پرداخته است. MTU پیل سوختی کربنات مذاب HotModule با توان 250 کیلووات را تولید نموده است که یک واحد یکپارچه شامل سری پیل سوختی و قطعات با مقاومت حرارتی بالا می باشد. این واحد در دانشگاه Bielefeld از سال 1999 فعال است و دومین سیستم نیز در بیمارستانی در آلمان از سال 2001 مشغول به کار است. نصب 7 واحد دیگر نیز در تجهیزات RWE در آخن آلمان انجام شده است.
پیل سوختی اسیدفسفریک
· شرکت Bharat Heavy Electrical (هند) تحقیقات بر روی پیل سوختی اسید فسفریک را از سال 1987 آغاز نمود و در سال 1991 اولین سری پیل سوختی را ارائه نمود. این شرکت پیل سوختی اسیدفسفریک 50 کیلووات که بزرگترین پیل سوختی در هند می باشذ و دو سری پیل سوختی 25 کیلووات را نیز ساخته است.
· شرکت Fuji Electric(ژاپن) فعالیت خود را در زمینه پیل سوختی اسید فسفریک از سال 1980 آغاز نمود و دو سیستم 50 و 100 کیلووات را در سال1990 ارائه نمود. Fuji 100 واحد از محصولات خود را به فروش رسانده است. همچنین نسل دوم این سیستم ها را با ضریب عملکرد بالا و هزینه پائین و طول عمر بیشتر طراحی نموده است.
شرکت UTC Fuel Cell(آمریکا) که پیشگام توسعه پیل های سوختی نیروگاهی تجاری می باشد، از سال 1990 245 واحد از PC25 را با توان 200 کیلووات در سراسر جهان نصب نموده است. این مولد نیرو اماکن گوناگون از واحد پلیس نیویورک تا اداره پست آلاسکا و مرکز علمی در ژاپن را پوشش داده است.
پیل سوختی پلیمری

· شرکت Ballard Generation System مولدهای نیروگاهی ساخت شرکت بلارد را به مرحله تجاری رسانده است. در حال حاضر مولدهای پیل سوختی پلیمری 250 کیلووات را با شریکانی در آمریکا، ژاپن و اروپا تولید و عرضه نموده است. این مولدها با گاز طبیعی سوختگیری می شود. واحدی که توسط Ebara Ballard در تصفیه خانه فاضلاب Nishimachi در ژاپن نصب شده است از گاز حاصل از زباله به عنوان سوخت استفاده می کند.
· شرکت Hydrogenics تولید پیل سوختی پلیمری 25 کیلووات را با نام HyPM از طراحی اولیه تا تست نهایی انجام داده است. این مدول (محدوده توانی 10 تا 120 کیلووات) با سیستم HyUPS یکپارچه شده است. همچنین سیستم های پشتیبان نیرو را برای مخابرات توسعه می دهد.
· شرکت Plug Power بر روی توسعه سیستم های نیروگاهی کوچک (کمتر از 10 کیلووات) فعالیت می کند و در سال2001 سیستم پیل سوختی با توان 50 کیلووات را برای شرکت Air
Products and Chemical جهت نصب در جایگاه سوختگیری خودروهای هیدروژنی در لاس وگاس ارائه نموده است.
پیل سوختی اکسید جامد
· شرکت استرالیایی Ceramic Fuel Cells در سال 1992 تاسیس شد و بر روی تولید سیستم های پیل سوختی اکسید جامد تخت متمرکز شده است. در سال 2001 تجهیزات مهندسی جدید را به منظور تولید نمونه نخست 40 کیلووات نصب نموده است. این محصول اولین نمونه تجاری این شرکت در دو اندازه کوچک و متوسط است وبا گاز طبیعی سوختگیری می شود.
· شرکت Rolls-Royce(انگلیس) برنامه پیل سوختی اکسید جامد را از سال1992 آغاز نمود و یک سیستم یکپارچه پیل سوختی اکسید جامد با نام IP-SOFC را ارائه نمود. این شرکت نیروگاه هیبریدی 1 مگاوات را توسعه داده است که پیل سوختی اکسید جامد 800 کیلوواتی را با توربین گازی 200 کیلووات ترکیب کرده است. Rolls-Royce قصد دارد در سال 2006 فروش محصول خود را آغاز نماید.
· شرکت Siemens Westinghouse به توسعه فن آوری پیل سوختی اکسید جامد لوله ای برای مولدهای نیروگاهی پرداخته است. شرکت زیمنس یک مولد پیل سوختی دو منظوره 100 کیلووات را در هلند و آلمان و یک توربین هیبریدی گاز/ پیل سوختی با توان 220 کیلووات را در کالیفرنیا راه اندازی نموده است. اولین محصول تجاری این شرکت که مولد دو منظوره نیرو با توان 250 کیلووات می باشد را در طی سال2005 به تولید انبوه خواهد رسید.
· در ژاپن شرکت صنایع سنگین میتسوبیشی و شرکت Chubu Electric پیل سوختی اکسیدجامد با توان خروجی 15 کیلووات را به مدت 7500 ساعت تست نموده است. همچنین شرکت ژاپنی Electric Power Development واحد پیل سوختی اکسید جامد 100 کیلووات را راه اندازی نموده است.

فهرست مطالب
معرفی پیل سوختی / تاریخچه پیل سوختی / 1
کارکرد و اهمیت پیل سوختی 3
شناخت کلی پیل سوختی 3
مزایا و معایب 6
مزایای پیل سوختی: 6
معایب پیل سوختی : 7
پیل سوختی پلیمری 8
پیل سوختی اکسید جامد 10
پیل سوختی قلیایی 12
پیل سوختی متانولی 14
پیل سوختی اسید فسفریک 15
پیل های سوختی هوا- روی 17
پیل سوختی کربنات مذاب 18
پیل سوختی سرامیکی پروتونی 20
کاربردهای پیل سوختی / نیروگاهی 21
پیل های سوختی قلیایی: 23
پیل سوختی اسیدفسفریک 24
پیل سوختی اکسید جامد 25

10