پیشرفت تکنولوژی سلول سوخت به سمت آینده انرژی پایدار

یک راه حل انرژی را تصور کنید که برق را به طور کارآمد تولید کند در حالی که تقریباً انتشارات صفر تولید می کند. تکنولوژی سلول سوخت این چشم انداز را نشان می دهد،تبدیل انرژی شیمیایی هیدروژن یا سایر سوخت ها به طور مستقیم به برقهنگامی که از هیدروژن استفاده می شود، تنها محصولات جانبی برق، آب و گرما هستند. با کاربردهایی که از نیروگاه های بزرگ تا لپ تاپ های کوچک می باشد، سلول های سوخت انعطاف پذیری قابل توجهی را نشان می دهند.اما دقیقاً چه چیزی باعث می شود که این تکنولوژی امیدوار کننده باشد، و چه موانعی باید غلبه شود؟

سلول های سوختی در بخش های مختلف از جمله حمل و نقل، ساختمان های صنعتی/تجاری/سکونی و سیستم های برگشت پذیر برای ذخیره انرژی شبکه طولانی مدت کاربرد دارند:

• حمل و نقل:وسایل نقلیه سلول سوخت (FCV) یک جایگزین مناسب برای موتورهای دود داخلی سنتی هستند.به ویژه برای وسایل نقلیه سنگین که در آن برد طولانی و سوخت گیری سریع مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد.
• تولید برق ثابت:این سیستم ها می توانند برق و گرما را برای ساختمان ها فراهم کنند، بهبود بهره وری انرژی در حالی که وابستگی به شبکه های بزرگ برق را کاهش می دهند.
• برق قابل حمل:سلول های سوختی دستگاه های الکترونیکی مانند لپ تاپ ها و هواپیماهای بدون سرنشین را تقویت می کنند و در مقایسه با باتری های معمولی زمان کار طولانی تری را ارائه می دهند.
• ذخیره انرژی:سیستم های سلول سوخت برگشت پذیر می توانند انرژی را از طریق الکترولیز آب ذخیره کنند و هیدروژن را به برق تبدیل کنند تا نیازهای شبکه را متعادل کنند.

سلول های سوختی مزایای مشخصی را در مقایسه با فن آوری های احتراق معمولی ارائه می دهند:

• کارايي بالاتري:تبدیل انرژی شیمیایی به طور مستقیم به برق باعث می شود بهره وری بیش از 60٪، به طور قابل توجهی بالاتر از موتورهای احتراق داخلی باشد.
• حداقل انتشار:سلول های سوخت هیدروژن فقط بخار آب تولید می کنند، انتشار دی اکسید کربن را از بین می برند و به مبارزه با تغییرات آب و هوایی کمک می کنند.آنها همچنین از انتشار آلاینده های مضر هوا مانند اکسید نیتروژن و ذرات ذرات جلوگیری می کنند..
• عملکرد ساکت:سلول های سوخت با وجود تعداد کمی از قطعات متحرک، تقریباً ساکت کار می کنند، که آنها را برای محیط های حساس به سر و صدا مانند بیمارستان ها و مناطق مسکونی ایده آل می کند.

سلول های سوخت مانند باتری ها کار می کنند، اما نیازی به شارژ مجدد ندارند، سلول های سوخت به طور مداوم برق تولید می کنند.یک واحد معمولی شامل دو الکترود (آنود و کاتود) است که توسط یک الکترولیت جدا شده است.:

1. سوخت هیدروژن وارد آنود می شود در حالی که اکسیژن (از هوا) به کاتود جریان می یابد.
2. در آنود، یک کاتالیزور مولکول های هیدروژن را به پروتون ها و الکترون ها تقسیم می کند.
3. الکترون ها از طریق یک مدار خارجی حرکت می کنند و جریان الکتریکی ایجاد می کنند.
4. پروتون ها از طریق الکترولیت به کاتود مهاجرت می کنند.
5. در کاتود، پروتون ها، الکترون ها و اکسیژن ها به صورت آب و گرما ترکیب می شوند.

موسسات تحقیقاتی در سراسر جهان بر روی حل سه چالش مهم برای پذیرش سلول سوخت تمرکز دارند:

استراتژی های کلیدی شامل توسعه قطعات کم هزینه، بهینه سازی فرآیندهای تولید و کاهش وابستگی به کاتالیزورهای بلاتین گران قیمت از طریق:

• استفاده بهتر از کاتالیزورها و مواد جایگزین
• تکنیک های تولید پیشرفته برای تولید انبوه
• مواد نوآورانه غشا و الکترود

هدف محققان بهبود:

• چگالی قدرت برای کاهش اندازه و وزن سیستم
• بهره وری انرژی برای به حداقل رساندن مصرف سوخت
• سرعت پاسخ در شرایط بارگذاری پویا

طول عمر هدف بسته به کاربرد متفاوت است:

• 8،000 ساعت برای وسایل نقلیه سبک
• 30،000 ساعت برای کامیون های سنگین
• 80،000 ساعت برای سیستم های برق ثابت

چالش های دوام شامل کاهش خوردگی، مسمومیت کاتالیزور و استرس مکانیکی از شرایط عملیاتی است.

با ادامه پیشرفت های فنی و کاهش هزینه ها، سلول های سوختی در حال آماده شدن برای بازی یک نقش مهم در سیستم های انرژی جهانی هستند.انرژی کارآمد در کاربردهای متنوع آنها را به یک عنصر کلیدی در انتقال به سمت راه حل های انرژی پایدار تبدیل می کند.