22
ی ت ی گ دس ن ه م ه ن گا ام ی ه ن ن ک ی ر سف ف د ن س ی ا ت خ و س ل ن& پ( PAFC ) :+ دگان ن. ی ک ه ی ه ت ی ح ط ب ی ا عل مد ح م و ل هار ت ر ص ا ن+ ن یورد ر ف91

به نام یگانه مهندس گیتی

  • Upload
    marty

  • View
    95

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

به نام یگانه مهندس گیتی. پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC) تهیه کنندگان: محمد علی ابطحی ناصر بهارلو فروردین 91. پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC). مقدمه - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

به نام یگانه مهندس گیتی

پیل سوختی اسید فسفریک(PAFC)

تهیه کنندگان:

محمد علی ابطحی

ناصر بهارلو

91فروردین

(PAFC)پیل سوختی اسید فسفریک

مقدمه

باش�د ك�ه توس�عه آن پی�ل س�وختی اس�ید فس�فریک اولين پيل س�وختي تج�اري مي•

د�ر مرحل�ه آ�زم�ايش� �ق�رار� 1970 آغ�از� �گش�ت و� �از س�ا�ل �1960از �او�اس�ط د�ه�ه�

و � عملك�ر�د در� �زمي�ن�ه �اف�ز�اي�ش �پاي�داري� �و� تو�س�عه ح�ا�ل� در� ه�مچن�ان� و� گ�رف�ت

کا�هش هزينه� مي باشد.

در • غلظ�تي ب�ا اسيدفس�فريك پيل س�وختي اين در اس�تفاده م�ورد الک�ترولیت

می باش�د. 100حدود �%

بين • پيل س�وختي اين ك�اركرد دم�اي ت�ا 150مح�دوده درج�ه سلیس�یوس 220

است.

هدايت ي�وني در اسيدفس�فريك نس�بتاP ض�عيف اس�ت ولي ب�ه علت پای�داری بیش�تر •

ن�سب�ت به� �ساي�ر� ا�س�ي�دها �ج�هت� استفا�ده �در اين ن�وع پيل� سوختي ا�رجحيت دارد.

CO حساس�یتی نداش�ته و حض�ور CO2 پيل س�وختي اسيدفس�فريك ب�ه•

درصد� مشکلی �ایجاد ن�می �کند. 2تا ح�د

كاتاليس�ت م�ورد اس�تفاده در پيل س�وختي اس�يد فس�فريک پالتين و •

ماتري�س�ي ك�ه ب�راي ن�گه داري اس�يد ب�ه ك�ار مي رود از جنس كاربي�د

( است. SiCسيليكو�ن )�

% اس�ت ك�ه ب�ا 40%-45بازده الك�تريكي اين ن�وع پيل س�وختي در ح�د •

در الكتروش�يميايي واكنش ه�اي حا�ص�ل �از ح�رارت� از اس�تف�اده

کا�ربرده�اي تو�ام�ان ب�رق� و ح�رارت م�يزان ب�ازده کلي )الک�تريکي و

[.1% اف�زايش مي يابد]85حرارتي(� به

تامین هي�دروژن م�ورد ني�از ب�راي پيل س�وختي اسیدفس�فريک ب�ا ب�ه •

س�وخت آن در ک�ه می گ�یرد مب�دل �خ�ارجي �انج�ام ي�ك ک�ارگی�ری

ه�يدروكربن� به �هیدر�وژن تبدی�ل مي شود.

وج�ود گ�وگرد ح�تی در کم�ترین مق�دار م�وجب ص�دمه دی�دن کاتالیس�ت می ش�ود. •

از ا�ین �رو جدا�س�ازی کام�ل� س�ولفور� ا�ز� س�وخت �هی�د�ر�وکربنی� مص�رفی ام�ری

ضروری می باشد.

ك�اربرد • در می توان�د اسيدفس�فريک پيل س�وختي در آم�ده بوج�ود گرم�اي

تركيبي گرما و برق مورد استفاده قرار گیرد.

سوخت م�ورد اس�تفاده در پیل س�وختی اسیدفس�فریک هی�دروژن می باش�د و •

+ � نق�ش حام�ل ب�ار را ا�یف�ا�ء می �کن�د�.� همانن�د �پیل ه�ای �س�وختی H ی�و�ن هی�دروژن�

از پ�روت�ون� ت�ف�کی�ک ش�ده� �و و �ا�لك�تر�ون پ�روت�و�ن ب�ه پ�لی�م�ر�ی هي�د�ر�وژن �در �آ�ن�د

ط�ر�ی�ق� �الک�تر�و�لی�ت و ا�ل�ک�ترون� از �طر�ی�ق م�دا�ر ب�ی�ر�ونی� ب�ه� ک�ا�ت�د من�ت�ق�ل می� ش�وند.

د�ر �ك�ات�د ال�كت�رون� ه�ا�، ي�ون ه�ا�ي ه�ي�در�وژ�ن و اك�س�يژن �و�اک�نش د�ا�ده �و آب تولی�د

می �گ�ردد. واکنش� �های آ�ند، کا�ت�د و و�ا�ک�نش �کل�ی پی�ل �در ذی�ل ارائ�ه ش�ده است.�

از نک�اتی ک�ه می بایس�ت در پیل س�وختی اسیدفس�فریک م�دنظر ق�رار گ�یرد، •

م�ق�اومت �ا�ج�زای� آن� می �باش�د، ک�ه �بایس�تی در �ب�راب�ر� خورن�د�گی اس�ید مق�ا�ومت

باالیی از خود نشان دهند

واکنش ها

در آند•

در کاتد•

. واکنش عمل عبارت است از•

.: اصول کارکرد پیل سوختی فسفریک اسید.1شکل

کاربرد و تاریخچه

تع�داد واح�دهای س�اخته ش�ده از این ن�وع پی�ل از س�ایر تکنول�وژی ه�ای •

م�گ�اوات ب�رق تولی�دی تس�ت 85س�اخت �پی�ل ب�یش�تر� می با�ش�د, ب�ا بیش از �

شد�ه ی�ا د�ر� حال ت�ست که� در� سرت�اسر جه�ان د�ر� حا�ل س�اخت �می باشد.

کیل�ووات 200 ت�ا 50 دارای رنج ظ�رفیت PAFCبیش�تر نیروگ�اه ه�ای•

ا�ز ظ�رف�یت ب�زر�گ �ت�ر ه�ا�ی ن�ی�روگ�ا�ه ت�ا 1می �باش�ند ولی م�گ�اوا�ت 5

م�گ�اوا�ت ن�یز �س�اخ�ته� ش�ده� ان�د�. بزرگ�ترین �پالنت د�ر ح�ا�ل ک�ا�ر ت�ا� کن�ون ب�ه

در� حال کار� می� باشد.ac �مگاو�ات ب�ا ت�وان تولید �برق 11ظ�رفیت�

PAFC تالش ه�ای زی�ادی در ای�االت متح�ده ب�ر روی بهب�ود ایس�تگاه های•

تولی�د �همزم�ان �انج�ام �ش�ده اس�ت. نیر�وگاهه�ای و� ث�ابت ن�یروگاهه�ای

در ای�االت متح�ده، UTC FUEL CELLص�نایع مهم دخی�ل در این زمین�ه ش�امل

Mitsubishi و کمپ�انی الک�تر�یکی Toshiba و �کمپ�ا نی� FUJI ELECTRICکمپ�انی

در ژاپن می باشد.

کيلووات پیل سوختی فسفریک اسید از مرکز200- سيستم 2شکل

Anchorage Mail Processing[ 2 در آالسکا.]

.PAFC[3]- سیر تاریخی کاربرد پیل سوختی 3شکل

در یک نیروگاه یا PAFC- نمونه کار یک 4شکل [.4منطقه صنعتی]

اجزای پیل

در سالهای اخیر در طراحی پیل تغییرات اندکی انجام شده است. •

، بر روی بهبود شرایط UTC FUEL CELLسازنده معروف آمریکایی

پایداری و طول عمر پیل و بهبود قابلیت اطمینان اجزای سیستم

همراه با کاهش هزینه تمرکز کرده است.

ده�ه • اواس�ط معم�ول 60در متخلخ�ل الکتروده�ای PTFE ک�ه ب�ود

�میلی� گ�ر�م� ب�ر� س�انتی م�تر �مرب�ع ب�ود�. در ط�ول� دو �9م�یزان� وزن �آن

پ�الت�ی�نیوم� � ب�ا س�ی�اه� ک�ر�بن ش�د�ه �در پ�التی�ن�یم� �ن�گه�د�ا�ری� ا�خ�یر ده�ه

د�ر� ش�د�ه ه�م�چ�نین PTFEن�گه�دار�ی ش�ده �اس�ت. ج�ایگز�ی�ن �م�ت�خلخ�ل�

تی�نیوم تی�نیو�م �ا�تف�اق افت�ا�د�، وزن� پال� تغی�یر� قاب�ل م�الحظ�ه� �د�ر وز�ن �پال�

میل�ی� گ�رم ب�ر �س�انتی �م�تر مرب�ع� در� آن�د و 0/1در �ح�ا�ل� حاض�ر ح�دود

م�یلی� گرم بر �سانتی� متر م�ربع در کاتد می باشد.0/5

ه�ا ب�ه منظ�ور PAFC دم�ای عملک�رد و غلظت اس�ید در •

دس�تیابی ب�ه عملک�رد ب�االتر پی�ل اف�زایش یافت�ه اس�ت،

درج�ه سلیس�یوس و غلظت اس�ید 200دم�ا در ح�دود

درص�د ام�روز، اس�تفاده می ش�ود. اگ�ر 100فس�فریک

چ�ه تکنی�ک کن�ونی عملک�رد در فش�ار اتمس�فریک می

عملک�رد فش�ار ه�ای PAFCباش�د، پالنت در 11ه�ا

ت�ا ران�دمان 8مگ�اوات اف�زایش جهت در اتمس�فر

تمرک�ز ح�ال ه�ر در یاب�د. می اف�زایش نیروگ�اه

باش�د. ی�ک می تج�اری در عملک�رد فش�ار کاربرده�ای

اگ�ر چ�ه اف�زایش فش�ار ران�دمان را اف�زایش می ده�د،

یونیت را پیچیده و هزینه ها را زیاد می کند.

مورد مهم دیگ�ر مس�تقل از س�ایز ی�ونیت تولی�د ت�وان، اف�زایش •

فش�ار� خ�و�رد�گی ر�ا� توس�عه �می د�ه�د. الک�ت�رولیت �اسیدفس�فریک

تول�ی�د �بخ�ار �می ک�ن�د�. �این بخ�ار� ک�ه در سر�تاس�ر� الک�ترولیت ش�کل

مح�دوده ج�ز ب�ه پ�ی�ل م�ن�اطق از� خ�اص�یت �خور�ن�دگی گ�ی�ر�د. می

اک�تیو �پی�ل د�ارد�. �من�اطق� خ�ور�دگی �در� ولت�اژ متو�س�ط )ولت�اژ پی�ل و

ولت باش�د. 0.8و�لت�ا�ژ م�داربا�ز�( می ب�ا�ش�ند ک�ه� م�ی ت�وان�د بی�ش از�

�ولت می 0.8)م�ن�اط�ق �ا�ک�تیو� مح�د�ود �ب�ه عمل�ک�رد در پ�ائی�ن ت�ر ا�ز

ش�و�د(. ا�ف�زایش �در فش�ا�ر� پی�ل، �فش�ار ج�زئی اس�ید فس�فریک را

اف�زا�یش می� ده�د و �م�وجب� ا�فزای�ش خورد�گی� در� پیل می شود.

ک�ه در اواخ�ر PAFCیک ش�کاف اساس�ی در تکنول�وژی •

و 1960س�ال س�یاه ک�ربن توس�عه افت�اد، اتف�اق

گ�رافیت ب�ر اس�اس م�واد س�اختار پی�ل ب�ود. ک�ربن س�یاه

جانش�ین ت�ا ب�ود پای�دار ک�افی ان�دازه ب�ه گ�رافیت و

ص�فحه از جنس طال ک�ه در آن زم�ان اس�تفاده می ش�د

نگه�داری ب�رای گ�رافیت از ص�فحات اس�تفاده بش�ود.

پالتی�نیوم وزن توج�ه قاب�ل ک�اهش م�وجب پالتی�نیوم

ح�ال ه�ر در ش�د. الک�ترود ک�ارآیی در تغی�یر ب�دون

خ�وردگی ک�ربن و انحالل پالتی�نیوم در ولتاژه�ای ح�دود

[.5 ولت یک مشکل است. ]0.8

ش�امل ترکی�بی از PAFCالکتروده�ای متخلخ�ل م�ورد اس�تفاده در •

الک�ترود کاتالیس�ت نگه�داری ش�ده در ک�ربن س�یاه و ی�ک چس�ب

ذرات س�یاه ک�ربن را جهت تش�کیل ی�ک ت�وده PTFEپلیم�ری اس�ت.

ج�دائی ناپ�ذیر ولی متخلخ�ل ب�ه هم می چس�باند ک�ه ب�ر روی ی�ک

زی�ر الی�ه گرافی�تی متخلخ�ل نگه�داری می ش�ود. س�اختار گرافی�تی

کن�د. می ف�راهم الکتروکاتالیس�ت الی�ه ب�رای نگهدارن�ده ی�ک

درص�د ب�ا 60همچ�نین ب�ه عن�وان جم�ع کنن�ده جری�ان اس�ت ک�ه ت�ا

ک�اهش می یاب�د. این س�اختار گرافی�تی PTFEاش�باع س�ازی توس�ط

ت�ا 3ض�د رط�وبت ش�امل س�وراخ ه�ای در مقی�اس م�اکرو از قط�ر

قط�ر 50 ب�ا میک�رو، مقی�اس در و س�وراخهایی میکروم�تر 34

س��اختار باش��ند. می س��ازگار نفوذپ��ذیر جهت آنگس��تروم

زی�رین PTFEک�امپوزیتی ش�امل الی�ه ک�ربن س�یاه ب�ر روی الی�ه

گرافی�تی می باش�د ک�ه ی�ک فص�ل مش�ترک پای�داری س�ه ف�ازی در

پی�ل تش�کیل می ده�د ب�ا حض�ور الک�ترولیت اس�ید فس�فریک در ی�ک

سمت و محیط واکنش گاز در سمت دیگر.

 

- سیر تاریخی تکنولوژی اجزا پیل سوختی 1جدولفسفریک اسید.

صفحات دو قطبیصفحات دو قط=بی واح=دهای پی=ل را از هم ج=دا می کن=د و آنه=ا را از لح=اظ الک=تریکی در پی=ل •

س=وختی= س=ری می= کن=د .در ب=عض=ی از= ط=رح ه=ا، ص=ف=حه دو قط=بی همچ=نین ش=امل کان=ال ه=ای

و =جداس=ازی= م=تخلخ=ل الکت=روده=ای ب=ه دهن=ده واکنش= د=هی =گازه=ای= خ=وراک ج=هت= گ=از

م=حص=والت و=ا=کنش و= =م=واد =خ=ن=ثی م=ی= ش=ود=. =ص=فحا=ت قط=بی= س=اخته ش=د=ه از مخل=و=ط رزین =

گ=راف=یت ک=ه= در دماه=ای پ=ائین= کربو=ن=ای=ز =می ش=وند ب=ه دلی=ل آس=یب دی=د=ن در محی=ط عم=لک=رد =

PAFC 270 من=اس=ب =ن=ی=س=ت=ند. =در= ه=ر ح=ا=ل پای=دا=ر=ی و دو=ام= خ=وردگ=ی ت=و=س=ط عملی=ا=ت ح=رار=تی= ت=ا

درج=ه= س=لیس=ی=و=س بهب=و=د م=ی ی=ا=ب=د. ص=ف=ح=ات =دو ق=ط=بی ا=ز =جن=س گ=را=ف=یت خ=الص =ب=ه =ان=د=ازه ک=افی=

=می =PAFC س=اعت در= 40000د=ر= م=قاب=ل= خ=ور=دگ=ی= مق=اوم= =هس=تن=د= ب=ه طو=ریک=ه دار=ی ط=ول= عم=ر

ب=اش=د =ولی= =هزین=ه= =تول=ی=د آ=ن =با=الس=ت.= =ط=ر=احی ه=ای مخت=ل=فی ب=رای =ص=فحه= دوقط=بی= و اج=زای=

ش=امل س=لول=ها=ی م=ت=ص=ل= =ب=ه هم= ب=ه =ص=ورت= PAFCو=ا=بس=ت=ه= ب=ه آ=ن وج=و=د د=ا=ر=د=. ی=ک پی=ل =س=و=خ=ت=ی

س=ر=ی اس=ت= ت=ا =س=طح= ول=ت=ا=ژ =م=و=ر=د= =نی=از ب=ا =ب=ار را= =تولی=د =نما=ی=د.= در= چ=نی=ن آ=را=یش=ی=، ه=ر =وا=ح=د =س=لول

توسط ص=فحات بین =سایر س=لوله=ا قرار =می گیرد.

- بهبود عملکرد پیل سوختی فسفریک اسید.5شکل

 - عملکرد چند نوع پیل سوختی پیشرفته 2ول جد

فسفریک اسید

منابع:

[1 .]fcc.gov.ir[2 ]http://www.wisconsindr.org .

[.3 ]FETC Perspective on the DOE Stationary Power Fuel Cell Program,” Rita A. Bajura, 1997

[4 ]PAFC History and Successes, John Ferro, Manager Product Development, UTC Power, A United technologies company

[5 ]Fuel Cell Handbook(Seventh Edition), EG&G Technical Services, Inc.U.S. Department of Energy, Office of Fossil Energy, Morgantown, West Virginia 26507-0880, November 2004

با تشکر از توجه شما