پیل سوختی

پیل سوختی (به انگلیسی: Fuel cell) یک مبدل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است. این تبدیل مستقیم بوده و از بازدهٔ بالایی برخوردار است. معروف ترین نوع پیل سوختی حال حاضر پیل سوختی هیدروژنی است. انواع دیگر پیل سوختی مانند پیل سوختی متانول نیز کاربردهای خاصی دارند. در مورد پیل سوختی هیدروژنی می توان گفت که در این تبدیل از عمل عکس الکترولیز آب استفاده می گردد، به عبارت دیگر از واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، آب، حرارت و الکتریسیته تولید می گردد. هر سلول در پیلهای سوختی از سه جزء آنُد، کاتُد و الکترولیت و غشا تشکیل شده است.
پیل سوختی الکترولیت پلیمر یا غشاء مبادله کننده پروتون (PEMFC)
پیل سوختی قلیایی (AFC)
پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC)
پیل سوختی کربنات مذاب (MCFC)
پیل سوختی اکسید جامد (SOFC)
پیل سوختی میکروبی (MFC)
پیل سوختی اسید فرمیک (FFC)
پیل سوختی هوا-روی (Zn-Air FC)
پیل سوختی سرامیکی
پیل های سوختی فناوری جدیدی برای تولید انرژی هستند که بدون ایجاد آلودگی های زیست محیطی و صوتی، از ترکیب مستقیم بین سوخت و اکسیدکننده، انرژی الکتریکی با بازدهی بالا تولید می کنند. تولید مستقیم الکتریسیته بدون محدودیت ترمودینامیکی چرخه کارنو جهت تبدیل انرژی شیمیایی حاصل از سوخت به انرژی گرمایی و مکانیکی و در نهایت الکتریسیته می باشد که اتلاف انرژی را به حداقل مقدار ممکن می رساند و به بازده تئوری بالایی دست پیدا می کنیم. در پیل های سوختی اکسید جامد سرامیکی (اکسید سرامیک) رسانای یون در الکترولیت است و از اهمیت بسزایی برخوردار است. این پیل در دمای بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد کار می کند و با بازده در حدود ۶۰ درصد، توان الکتریکی معادل ۱۰۰ مگاوات دارد. در حال حاضر تعداد زیادی از محققان روی جنبه های مختلف پیل سوختی اکسید جامد، جهت بهبود خواص پیل کار می کنند. برای این کار روی خواص الکترودها و الکترولیت که مهم ترین قسمت های پیل SOFC می باشند را بهینه سازی می کنند و روی عناصر و مواد تشکیل دهنده آن ها مطالعه انجام می دهند.
هر پیل سوختی دارای دو الکترود (آند و کاتد) و یک الکترولیت ما بین این دو الکترود و غشا به منظور جدا کردن دو بخش پیل می باشد. در قطب آند، هیدروژن بر روی یک کاتالیزور واکنش داده و تولید یک یون با بار مثبت و الکترون با بار منفی می کند. پروتون به وجود آمده از محیط الکترولیت گذر کرده حال آنکه الکترون در فضای مدار حرکت می کند و تولید جریان مینماید. در قطب کاتد اکسیژن با یون و الکترون واکنش نشان داده و تولید آب و حرارت مینماید. این سلول به تنهائی ۰.۷ ولت نیروی محرکهٔ الکتریکی تولید می کند که برای روشنایی یک لامپ کوچک کافی می باشد. اگر این پیلها به صورت سری قرار گیرند قادر به تولید برق با توان چندین مگاوات می باشند.طرز کار پیل سوختی هیدروژنی به شکل انیمیشن در این مرجع نشان داده شده است.
تاریخچه این پیل ها به دو دوره متمایز تقسیم می شود : دوره اول که حدود صد سال طول کشید، از سال ۱۸۳۹ با ساخت اولین پیل سوختی با الکترولیت اسید سولفوریک توسط آقای گرو آغاز گردید. با تلاش دانشمندان بزرگی مانند جکس، هابر، مون و همکاران و شاگردان آن ها منجر به درک علمی از پیل سوختی و شناخت تنگناهای این فناوری تا سال ۱۹۴۰ گردید.

پیلِ سوختی (fuel cell)
پیلی برای تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی. بر اساس عملکرد باتری کار می کند و یگانه تفاوتش آن است که سوخت را، که معمولاً هیدروژن و اکسیژن است، پیوسته در آن وارد می کنند. پیل های سوختی پیل هایی کارا و بی صدایند، زیرا بخش های متحرک ندارند، ولی تولید این پیل ها گران تمام می شود. این پیل ها نمونه ای از چشمۀ انرژی تجدیدپذیر یا نوشونده اند. در این پیل ها، هیدروژن را از روی الکترودی حاوی کاتالیزور، معمولاً از جنس نیکل یا پلاتین، عبور می دهند. در این صورت، هیدروژن به دو بخش الکترون و پروتون تجزیه می شود. الکترون های تولیدشده در مداری خارجی به حرکت درمی آیند، در حالی که پروتون ها از راه غشای الکترولیتی بسپاری یا پلیمری به الکترودی دیگر، که از روی آن اکسیژن عبور می کند، منتقل می شوند. در الکترود اخیر، طی واکنشی شیمیایی که با مشارکت الکترون ها، پروتون ها، و اتم های اکسیژن صورت می گیرد، آب، به منزلۀ محصولی جانبی، تولید می شود. اگر از گرمای اضافی تولیدشده برای تهیۀ آب گرم و گرمایش فضا استفاده شود، کارایی استفاده از سوخت به ۸۰ درصد می رسد. پیل های سوختی را برای راه اندازی خودروها و به جای موتورهای احتراق داخلی نیز به کار می برند. این پیل ها در سفینه های فضایی هم برای تولید برق کاربرد دارند.