مقدمه‌ای بر انرژی هیدروژن و پیل‌های سوختی

پیل‌های سوختی را می‌توان به دو دسته تقسیم کردغشای تبادل پروتونپیل‌های سوختی (PEMFC) و پیل‌های سوختی متانول مستقیم بر اساس 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، پیل‌های سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) عمدتاً به ... متکی هستند.غشای تبادل پروتونبرای انتقال پروتون در محیط کشت، پیل‌های سوختی قلیایی (AFC) از الکترولیت قلیایی مبتنی بر آب مانند محلول هیدروکسید پتاسیم به عنوان محیط کشت استفاده می‌کنند. علاوه بر این، با توجه به دمای کار، پیل‌های سوختی را می‌توان به پیل‌های سوختی دما بالا و پیل‌های سوختی دما پایین تقسیم کرد. پیل‌های سوختی دما بالا عمدتاً شامل پیل‌های سوختی اکسید جامد (SOFC) و پیل‌های سوختی کربنات مذاب (MCFC) هستند. پیل‌های سوختی دما پایین شامل پیل‌های سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC)، پیل‌های سوختی متانول مستقیم (DMFC)، پیل‌های سوختی قلیایی (AFC)، پیل‌های سوختی اسید فسفریک (PAFC) و غیره هستند.

غشای تبادل پروتونپیل‌های سوختی (PEMFC) از غشاهای پلیمری اسیدی مبتنی بر آب به عنوان الکترولیت خود استفاده می‌کنند. پیل‌های PEMFC به دلیل دمای عملیاتی پایین (زیر ۱۰۰ درجه سانتیگراد) و استفاده از الکترودهای فلز نجیب (الکترودهای مبتنی بر پلاتین) باید تحت گاز هیدروژن خالص کار کنند. در مقایسه با سایر پیل‌های سوختی، PEMFC مزایای دمای عملیاتی پایین، سرعت راه‌اندازی سریع، چگالی توان بالا، الکترولیت غیر خورنده و عمر طولانی را دارد. بنابراین، به فناوری اصلی تبدیل شده است که در حال حاضر برای وسایل نقلیه پیل سوختی استفاده می‌شود، اما تا حدی برای دستگاه‌های قابل حمل و ثابت نیز کاربرد دارد. طبق گفته E4 Tech، انتظار می‌رود محموله‌های پیل سوختی PEMFC در سال ۲۰۱۹ به ۴۴۱۰۰ واحد برسد که ۶۲٪ از سهم جهانی را تشکیل می‌دهد. ظرفیت نصب شده تخمینی به ۹۳۴.۲ مگاوات می‌رسد که ۸۳٪ از سهم جهانی را تشکیل می‌دهد.

پیل‌های سوختی از واکنش‌های الکتروشیمیایی برای تبدیل انرژی شیمیایی سوخت (هیدروژن) در آند و اکسیدان (اکسیژن) در کاتد به الکتریسیته برای به حرکت درآوردن کل وسیله نقلیه استفاده می‌کنند. به طور خاص، اجزای اصلی پیل‌های سوختی شامل سیستم موتور، منبع تغذیه کمکی و موتور است. در میان آنها، سیستم موتور عمدتاً شامل موتور متشکل از راکتور الکتریکی، سیستم ذخیره‌سازی هیدروژن خودرو، سیستم خنک‌کننده و مبدل ولتاژ DCDC است. راکتور مهم‌ترین جزء است. این جایی است که هیدروژن و اکسیژن واکنش نشان می‌دهند. این راکتور از چندین سلول منفرد که روی هم قرار گرفته‌اند تشکیل شده است و مواد اصلی شامل صفحه دوقطبی، الکترود غشایی، صفحه انتهایی و غیره است.