دانلود فایل پاورپوینت پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC) 22 اسلاید
— پاورپوینت شامل تصاویر میباشد —-
اسلاید ۱ :
مقدمه
- پیل سوختی اسید فسفریک اولین پیل‌سوختی تجاری می باشد که توسعه آن از اواسط دهه ۱۹۶۰ آغاز گشت و از سال ۱۹۷۰ در مرحله آزمایش قرار گرفت و همچنان در حال توسعه در زمینه افزایش پایداری و عملکرد و کاهش هزینه میباشد.
- الکترولیت مورد استفاده در این پیل‌سوختی اسیدفسفریک با غلظتی در حدود %۱۰۰ میباشد.
- محدوده دمای کارکرد این پیل‌سوختی بین ۱۵۰ تا ۲۲۰ درجه سلیسیوس است.
- هدایت یونی در اسیدفسفریک نسبتاً ضعیف است ولی به علت پایداری بیشتر نسبت به سایر اسیدها جهت استفاده در این نوع پیل‌سوختی ارجحیت دارد.
اسلاید ۲ :
- پیل‌سوختی اسیدفسفریک به CO2 حساسیتی نداشته و حضور CO تا حد ۲ درصد مشکلی ایجاد نمی‌کند.
- کاتالیست مورد استفاده در پیل‌سوختی اسید فسفریک پلاتین و ماتریسی که برای نگهداری اسید به کار می‌رود از جنس کاربید سیلیکون (SiC) است.
- بازده الکتریکی این نوع پیل‌سوختی در حد ۴۵%-۴۰% است که با استفاده از حرارت حاصل از واکنش‌های الکتروشیمیایی در کاربردهای توامان برق و حرارت میزان بازده کلی (الکتریکی و حرارتی) به ۸۵% افزایش می‌یابد[۱].
- تامین هیدروژن مورد نیاز برای پیل‌سوختی اسیدفسفریک با به کارگیری یک مبدل خارجی انجام می‌گیرد که در آن سوخت هیدروکربن به هیدروژن تبدیل می‌شود.
-
-
اسلاید ۳ :
- وجود گوگرد حتی در کمترین مقدار موجب صدمه دیدن کاتالیست می‌شود. از این رو جداسازی کامل سولفور از سوخت هیدروکربنی مصرفی امری ضروری میباشد.
- گرمای بوجود آمده در پیل‌سوختی اسیدفسفریک می‌تواند در کاربرد ترکیبی گرما و برق مورد استفاده قرار گیرد.
- سوخت مورد استفاده در پیل‌سوختی اسیدفسفریک هیدروژن میباشد و یون هیدروژن H+ نقش حامل بار را ایفاء می‌کند. همانند پیل‌های 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 می‌شوند. در کاتد الکترون‌ها، یون‌های هیدروژن و اکسیژن واکنش داده و آب تولید می‌گردد. واکنش‌های آند، کاتد و واکنش کلی پیل در ذیل ارائه شده است.
- از نکاتی که می‌بایست در پیل‌سوختی اسیدفسفریک مدنظر قرار گیرد، مقاومت اجزای آن میباشد، که بایستی در برابر خورندگی اسید مقاومت بالایی از خود نشان دهند
اسلاید ۴ :
واکنش ها
- در آند
- در کاتد
- . واکنش عمل عبارت است از
اسلاید ۵ :
کاربرد و تاریخچه
- تعداد واحدهای ساخته شده از این نوع پیل از سایر تکنولوژی های ساخت پیل بیشتر می باشد, با بیش از ۸۵ مگاوات برق تولیدی تست شده یا در حال تست که در سرتاسر جهان در حال ساخت می باشد.
- بیشتر نیروگاه هایPAFC دارای رنج ظرفیت ۵۰ تا ۲۰۰ کیلووات می باشند ولی نیروگاه های بزرگ تر از ظرفیت ۱ مگاوات تا ۵ مگاوات نیز ساخته شده اند. بزرگترین پلانت در حال کار تا کنون به ظرفیت ۱۱ مگاوات با توان تولید برق ac در حال کار می باشد.
- تلاش های زیادی در ایالات متحده بر روی بهبود ایستگاههایPAFC نیروگاههای ثابت و نیروگاههای تولید همزمان انجام شده است. صنایع مهم دخیل در این زمینه شامل UTC FUEL CELL در ایالات متحده، کمپانی FUJI ELECTRIC و کمپا نی Toshiba و کمپانی الکتریکی Mitsubishi در ژاپن می باشد.
اسلاید ۶ :
اجزای پیل
- در سالهای اخیر در طراحی پیل تغییرات اندکی انجام شده است. سازنده معروف آمریکایی UTC FUEL CELL، بر روی بهبود شرایط پایداری و طول عمر پیل و بهبود قابلیت اطمینان اجزای سیستم همراه با کاهش هزینه تمرکز کرده است.
- در اواسط دهه ۶۰ الکترودهای متخلخل معمول PTFE بود که میزان وزن آن ۹ میلی گرم بر سانتی متر مربع بود. در طول دو دهه اخیر پلاتینیم نگهداری شده در کربن سیاه با پلاتینیوم نگهداری شده در PTFE متخلخل جایگزین شده است. همچنین تغییر قابل ملاحظه در وزن پلاتینیوم اتفاق افتاد، وزن پلاتینیوم در حال حاضر حدود ۰/۱ میلی گرم بر سانتی متر مربع در آند و ۰/۵ میلی گرم بر سانتی متر مربع در کاتد می باشد.
اسلاید ۷ :
- دمای عملکرد و غلظت اسید در PAFC ها به منظور دستیابی به عملکرد بالاتر پیل افزایش یافته است، دما در حدود ۲۰۰ درجه سلیسیوس و غلظت اسید فسفریک ۱۰۰ درصد امروز، استفاده می شود. اگر چه تکنیک کنونی عملکرد در فشار اتمسفریک می باشد، فشار عملکرد PAFCها در پلانت های ۱۱ مگاوات تا ۸ اتمسفر در جهت افزایش راندمان نیروگاه افزایش می یابد. در هر حال تمرکز کاربردهای تجاری در عملکرد فشار یک می باشد. اگر چه افزایش فشار راندمان را افزایش می دهد، یونیت را پیچیده و هزینه ها را زیاد می کند.
-
اسلاید ۸ :
- مورد مهم دیگر مستقل از سایز یونیت تولید توان، افزایش فشار خوردگی را توسعه می دهد. الکترولیت اسیدفسفریک تولید بخار می کند. این بخار که در سرتاسر الکترولیت شکل می گیرد. خاصیت خورندگی از مناطق پیل به جز محدوده اکتیو پیل دارد. مناطق خوردگی در ولتاژ متوسط (ولتاژ پیل و ولتاژ مدارباز) می باشند که می تواند بیش از ۰٫۸ ولت باشد. (مناطق اکتیو محدود به عملکرد در پائین تر از ۰٫۸ ولت می شود). افزایش در فشار پیل، فشار جزئی اسید فسفریک را افزایش می دهد و موجب افزایش خوردگی در پیل می شود.
-
اسلاید ۹ :
- یک شکاف اساسی در تکنولوژی PAFC که در اواخر سال ۱۹۶۰ اتفاق افتاد، توسعه کربن سیاه و گرافیت بر اساس مواد ساختار پیل بود. کربن سیاه و گرافیت به اندازه کافی پایدار بود تا جانشین صفحه از جنس طلا که در آن زمان استفاده می شد بشود. استفاده از صفحات گرافیت برای نگهداری پلاتینیوم موجب کاهش قابل توجه وزن پلاتینیوم بدون تغییر در کارآیی الکترود شد. در هر حال خوردگی کربن و انحلال پلاتینیوم در ولتاژهای حدود ۰٫۸ ولت یک مشکل است. [۵].
اسلاید ۱۰ :
- الکترودهای متخلخل مورد استفاده در PAFC شامل ترکیبی از الکترود کاتالیست نگهداری شده در کربن سیاه و یک چسب پلیمری است. PTFE ذرات سیاه کربن را جهت تشکیل یک توده جدائی ناپذیر ولی متخلخل به هم می چسباند که بر روی یک زیر لایه گرافیتی متخلخل نگهداری می شود. ساختار گرافیتی یک نگهدارنده برای لایه الکتروکاتالیست فراهم می کند. همچنین به عنوان جمع کننده جریان است که تا ۶۰ درصد با اشباع سازی توسط PTFE کاهش می یابد. این ساختار گرافیتی ضد رطوبت شامل سوراخ های در مقیاس ماکرو از قطر ۳ تا ۵۰ میکرومتر و سوراخهایی در مقیاس میکرو، با قطر ۳۴ آنگستروم جهت نفوذپذیر سازگار می باشند. ساختار کامپوزیتی شامل لایه کربن سیاه PTFE بر روی لایه زیرین گرافیتی می باشد که یک فصل مشترک پایداری سه فازی در پیل تشکیل می دهد با حضور الکترولیت اسید فسفریک در یک سمت و محیط واکنش گاز در سمت دیگر.
