مقدمه ای بر انرژی هیدروژنی و پیل های سوختی

سلول های سوختی را می توان به دو دسته تقسیم کردغشای تبادل پروتونپیل های سوختی (PEMFC) و پیل های سوختی متانولی مستقیم با توجه به خواص الکترولیت و سوخت مورد استفاده

(DMFC)، پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC)، پیل سوختی کربنات مذاب (MCFC)، پیل سوختی اکسید جامد (SOFC)، پیل سوختی قلیایی (AFC)، و غیره. به عنوان مثال، سلول های سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) عمدتا متکی هستند. درغشای تبادل پروتونمحیط پروتون انتقالی، پیل‌های سوختی قلیایی (AFC) از الکترولیت قلیایی مبتنی بر آب مانند محلول هیدروکسید پتاسیم به عنوان محیط انتقال پروتون و غیره استفاده می‌کنند. علاوه بر این، با توجه به دمای کار، سلول‌های سوختی را می‌توان به سلول‌های سوختی با دمای بالا و دمای پایین تقسیم کرد. پیل‌های سوختی، اولی عمدتاً شامل پیل‌های سوختی اکسید جامد (SOFC) و سلول‌های سوختی کربنات مذاب (MCFC) است، دومی شامل سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC)، مستقیم است. سلول های سوختی متانولی (DMFC)، پیل های سوختی قلیایی (AFC)، پیل های سوختی اسید فسفریک (PAFC) و غیره.

غشای تبادل پروتونسلول های سوختی (PEMFC) از غشاهای پلیمری اسیدی مبتنی بر آب به عنوان الکترولیت خود استفاده می کنند. سلول‌های PEMFC به دلیل دمای عملیاتی پایین (زیر 100 درجه سانتیگراد) و استفاده از الکترودهای فلزی نجیب (الکترودهای مبتنی بر پلاتین) باید تحت گاز هیدروژن خالص کار کنند. در مقایسه با سایر پیل‌های سوختی، PEMFC دارای مزایای دمای کار پایین، سرعت راه‌اندازی سریع، چگالی توان بالا، الکترولیت غیر خورنده و عمر طولانی است. بنابراین، این فناوری به جریان اصلی تبدیل شده است که در حال حاضر برای وسایل نقلیه پیل سوختی اعمال می شود، اما تا حدی در دستگاه های قابل حمل و ثابت نیز اعمال می شود. با توجه به E4 Tech، انتظار می رود محموله های سلول سوختی PEMFC در سال 2019 به 44100 دستگاه برسد که 62 درصد از سهم جهانی را به خود اختصاص می دهد. ظرفیت نصب شده برآورد شده به 934.2 مگاوات می رسد که 83 درصد از نسبت جهانی را تشکیل می دهد.

سلول های سوختی از واکنش های الکتروشیمیایی برای تبدیل انرژی شیمیایی از سوخت (هیدروژن) در آند و اکسیدان (اکسیژن) در کاتد به الکتریسیته برای به حرکت درآوردن کل وسیله نقلیه استفاده می کنند. به طور خاص، اجزای اصلی سلول های سوختی شامل سیستم موتور، منبع تغذیه کمکی و موتور است. در میان آنها، سیستم موتور عمدتاً شامل موتور متشکل از راکتور الکتریکی، سیستم ذخیره هیدروژن خودرو، سیستم خنک کننده و مبدل ولتاژ DCDC است. راکتور حیاتی ترین جزء است. محل واکنش هیدروژن و اکسیژن است. از چندین سلول منفرد که در کنار هم قرار گرفته اند تشکیل شده است و مواد اصلی شامل صفحه دوقطبی، الکترود غشایی، صفحه انتهایی و غیره است.