Acasa » scoala » chimie
Pile de combustie

Pile de combustie

PILE DE COMBUSTIE

Ideea pilei de combustie - inceputul secolului XIX H. Davy,

Ø       posibilitatea realizarii 1839 - avocatul englez, Sir William R. Grove care folosea hidrogenul, pe care il oxida cu oxigen intr-un voltametru.

Ø       1932 Francis Bacon - prima pila de combustie functionala, hidrogen - oxigen cu electrolit alcalin.

Ø       Bacon si col. - sistem de pile de combustiede 5 kW.

Ø       cercetarile au fost impulsionate si finantate de NASA - National Aeronautics and Space Administration

Ø       Validarea PC - in prin programele Gemini (pila de combustie H₂/O₂ cu electrolit polimer solid, (realizata de General Electric) si Apollo (pila H₂/O₂ alcalina (Pratt si Whitney, dupa Bacon).

Ø       Interesul tot mai mare strans legat de alternativa pe care ele o constituie pentru motoarele cu ardere interna, puternic poluante.

Pilele de combustie - deosebit de atractive prin caracteristicile pe care le prezinta:

v    randament energetic ridicat;

v    poluare chimica si acustica nula sau foarte scazuta amplasate in centrele oraselor sau chiar in cladiri locuite;

v    atingerea instantanee a parametrilor de functionare;

v    existenta unui numar mare de combustibili oxidabili electrochimic;

v    realizare modulara usoara,

v    flexiibilitate in amplasare,

v    adaptabilitatea la un mediu termic foarte larg.

Daca se valorifica (prin cogenerare) si caldura ce insoteste transformarea energetica din pilele de combustie randamentul de conversie se ridica la 90%.

PRINCIPIUL FUNCTIONARII PILELOR DE COMBUSTIE

Principiu de functionare : un combustibil (hidrogenul, metanolul, CO sau unele hidrocarburi - gaze naturale) alimentat continuu la anod este oxidat catalitic la catod cu oxigen sau aer .

Combustibilul - alimentat la anod, ionizeaza catalitic.

Electronii - prin circuitul exterior (alimenteaza consumatorul de energie electrica) la catod reduc oxidantul.

Ionii formati la anod traverseaza electrolitul spre catod, reactioneaza cu ionii oxidantului generand produsi secundari (in principal apa ) si caldura.

O2

H₂

Reactiile potential active (RPA) si reactia globala (REMA) din pila H₂ - O₂

v    la anod

2H₂ + 4HO^- → 4H₂O + 4e^-

v    la catod

O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4HO^-

v    REMA

2H₂ + O₂ → 2H₂O

TIPURI DE PILE DE COMBUSTIE

Dupa modul de alimentare cu combustibil

o      pile de combustie directe combustibilul nemodificat;

o      indirecte - combustibil obtinut prin conversie catalitica si

o      regenerative combustibil regenerat intr-o instalatie anexa pilei.

Denumirea uzuala, sub care se comercializeaza tine cont de natura electrolitului. Astfel exista:

pile de combustie alcaline (AFC - Alkaline Fuel Cell),

pile de combustie acide (PAFC - Phosfophoric Acid Fuel Cell),

pile de combustie cu carbonati topiti (MCFC - Molten Carbonate Fuel Cell) ,

pile de combustie cu oxizi solizi (SOFC - Solid Oxide Fuel Cell) si

pile de combustie cu membrane polimerice schimbatoare de ioni ( PEMFC - Proton Excenge Membrane Fuel Cell).

Principalele caracteristici ale celor mai dezvoltate pile de combustie

PERFORMANTE SI UTILIZARI

Pila de combustie alcalina H₂ - O₂

v    Puterea : - ordinul catorva wati (sateliti meteorologici pentru comunicatii); sute de kW ( nave - laborator deservite de oameni); cuprinsa intre 300 W si 5 MW (microcentrale electrice)

v    1998, la Londra (Anglia) a fost lansat de catre compania ZEVCO (Zero Emmision Vehicle Company) un prototip de taxi alimentat de o baterie de pile de combustie alcaline cu o putere de 5.000 W.

PILE DE COMBUSTIE CU ELECTROLIT ACID

q alimentarea unor consumatori stationari, in spitale, hotele, cladiri oficiale, scoli, instalatii militare, aeropoarte (terminale).

q unitati comercializate - putere intre 50 si 200 kW dar au fost construite prototipuri capabile sa furnizeze 1MW sau 5MW.

q in Japonia, Statele Unite ale Americii si Europa, exista in stare de functionare peste 200 de unitati de pile de combustie cu acid fosforic avand o putere instalata de peste 75 MW.

PILE DE COMBUSTIE CU ELECTROLIT TOPIT

Ø  aplicatii terestre stationare centralele electrice cu puteri 10kW - 2MW alimentarea unor unitati industriale izolate pentru care cheltuielile de transport a energiei produse de termo sau hidrocentrale sunt mult mai mari.

PILE DE COMBUSTIE CU ELECTROLIT SOLID

¨   Gabaritul redus - aplicatii urbane, centrale electrice bazate pe sistem hibrid: pila de combustie - turbina cu abur - 250 kW si 25 MW.

PILE DE COMBUSTIE CU ELECTROLIT MEMBRANA

POLIMERICA