پیل سوختی اسید فسفریک

پیل سوختی فسفریک اسید (PAFC) گونه‌ای از پیل‌های سوختی است که از فسفریک اسید مایع به عنوان الکترولیت استفاده می‌کند. اولین نوع پیل‌های سوختی که تجاری‌سازی شدند این پیل‌ها بودند. در میانهٔ دههٔ ۶۰ میلادی توسعه یافتند و در ده ۷۰ میلادی محقاقان شروع به تست‌های میدانی این پیل‌ها کردند و پارامترهایی مانند ثبات کارایی و هزینه پیشرفت‌های چشمگیری داشتند. این مشخصه‌ها پیل‌های سوختی فسفریک اسیدی را به یک گزینه جذاب برای استفاده سریع و با ثبات برای کاربردهای ثابت تبدیل کرد.^[۱]

طراحی[ویرایش]

در طراحی این پیل‌ها الکترولیت، اسید فسفریک(H₃PO₄) خالص یا با غلظت بالاست که در ماتریس زمینه کاربید سیلسیوم(SiC) قرار گرفته.^[۲] دمای کاری این پیل‌ها بین بازه ۱۵۰ تا ۲۱۰درجه سلسیوس می‌باشد. الکترودها نیز از جنس صفحات کربنی پوشش‌دهی شده با پراکنده‌گی و ریزدانه‌گی بالا برروی کاتالیست پلاتینیومی ساخته می‌شوند.

واکنش‌های الکترود[ویرایش]

واکنش آنود: ^-2H₂(g) → 4H⁺ + 4e

واکنش کاتد: O₂(g) + 4H⁺ + 4e‾ → 2H₂O

واکنش کلی سلول پیل سوختی: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

مزایا و معایب[ویرایش]

با محدوده دمایی ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد، آب تولید شده توسط این پیل سوختی می‌تواند به بخار برای گرمایش هوا و آب به‌طور همزمان (نیروگاه حرارتی و برق) تبدیل شود. این ویژگی نوآورانه پتانسیل افزایش بهره‌وری کلی این پیل‌های سوختی تا ۷۰ درصد را دارد.^[۲]
این پیل سوختی همچنین در برابر دی‌اکسید کربن (CO2) بسیار مقاوم هستند، این امر آنها را قادر می‌سازد تا با سوخت‌هایی که حاوی تا ۱٫۵ درصد CO2 هستند به‌طور مؤثر کار کنند. این سازگاری گسترده با سوخت‌ها محدوده کاربردهای بالقوه این نوع پیل سوختی‌ها را گسترش می‌دهد. با این حال، اگر بنزین به عنوان منبع سوخت استفاده شود، باید ناخالصی‌های گوگرد قبل از استفاده برداشته شوند تا از اثرات نامطلوب جلوگیری شود.^[۳]
در دمای پایین‌تر، اسید فسفریک، الکترولیت مورد استفاده در این پیل سوختی، هدایت یونی کاهش یافته‌ای دارد، که منجر به مسمومیت قابل توجه کاتالیزور الکتروشیمیایی پلاتین در آند می‌شود. این چالش به ویژه هنگامی که CO در مخلوط سوخت وجود دارد، مشهود است.^[۴]

ازجمله محدودیت‌های این پیل سوختی نسبت به سایر انواع سلول‌های سوختی مانند سلول‌های سوختی با غشا تبادل پروتون (PEMFCs) و سلول‌های سوختی قلیایی (AFCs) تحمل CO بسیار بهتری دارند.^[۱]

منابع[ویرایش]

↑ ^۱٫۰ ^۱٫۱ «Types of fuel cell: renewable energy».
↑ ^۲٫۰ ^۲٫۱ Kenro، Mitsuda. «FUEL CELLS – PHOSPHORIC ACID FUEL CELLS: Life-Limiting Considerations». doi:10.1016/B978-044452745-5.00280-X.
↑ «Fuel Cell Handbook» (PDF). نوامبر ۲۰۰۴. بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۲۳ نوامبر ۲۰۱۰. دریافت‌شده در ۱۶ ژانویه ۲۰۲۴.
↑ Steilen، Mike؛ Jörissen، Ludwig. «Hydrogen Conversion into Electricity and Thermal Energy by Fuel Cells: Use of H2-Systems and Batteries». doi:10.1016/B978-0-444-62616-5.00010-3.

پیوند به بیرون[ویرایش]

Materials for Fuel Cells: Phosphoric acid fuel cells, 2008, K G GALLAGHER, T F FULLER DOI:10.1533/9781845694838.209
https://fuelcellsworks.com/knowledge/technologies/pafc/
, Phosphoric Acid Fuel Cells, JAN 2020, Amit Bhosale, Suseendiran S R, DOI:10.1016/B978-0-12-819727-1.00006-6

[:0-1] ۱٫۰ ^۱٫۱ «Types of fuel cell: renewable energy».

[:1-2] ۲٫۰ ^۲٫۱ Kenro، Mitsuda. «FUEL CELLS – PHOSPHORIC ACID FUEL CELLS: Life-Limiting Considerations». doi:10.1016/B978-044452745-5.00280-X.

[3] «Fuel Cell Handbook» (PDF). نوامبر ۲۰۰۴. بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۲۳ نوامبر ۲۰۱۰. دریافت‌شده در ۱۶ ژانویه ۲۰۲۴.

[4] Steilen، Mike؛ Jörissen، Ludwig. «Hydrogen Conversion into Electricity and Thermal Energy by Fuel Cells: Use of H2-Systems and Batteries». doi:10.1016/B978-0-444-62616-5.00010-3.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]