به تارنمای سازمان انرژی های تجدیدپذیر و بهره وری انرژی برق خوش آمدید.

پیل سوختی کربنات مذاب

پیل‌سوختی کربنات مذاب (MCFC) کاملاً متفاوت از سایر انواع پیل‌سوختی عمل می‌‌نماید. الکترولیت این پیل‌ها ترکیبی از مذاب کربنات نمک‌ها می‌باشد. دو نوع ترکیبی که اکنون بیشترین کاربرد را دارند ترکیب کربنات سدیم و کربنات لیتیم و یا کربنات پتاسیم و کربنات لیتیم می‌باشند که در ماتریسی از جنس LiAlO2 نگهداری می‌شود. بواسطه دمای کارکرد بالا این نوع پیل‌سوختی، نیکل به عنوان آند و اکسید نیکل به عنوان کاتد استفاده می‌شود و نیازی به استفاده از فلزات کمیاب در الکترودهای این پیل‌سوختی نیست.

برای ذوب کربنات نمک و دستیابی به هدایت یون بهتر در الکترولیت، پیل‌سوختی کربنات مذاب دمای بالا ( 600تا700 درجه سانتیگراد )کار می‌کند. از این رو این پیل‌ها در خانواده پیل های سوختی دما بالا طبقه‌بندی می‌شوند.

یون‌های هادی در این پیل‌سوختی کربنات (CO32-)می باشند. این یون‌ها از کاتد به آند منتقل می‌گردد. در آند، هیدروژن با این یون‌ها واکنش داده و دی اکسید کربن، آب و الکترون تشکیل می‌دهد. الکترون‌ها توسط یک مدار خارجی از آند به کاتد منتقل می‌شود و برق تولید می‌کند. اکسیژن هوا با دی اکسید کربن بازیافت شده از آند با الکترون ها واکنش می‌دهد و یون‌های CO32-را بوجود می‌آورد و الکترولیت را سرشار از یون‌ها CO32- می‌کند. واکنش‌ها به شرح ذیل است:

واکنش آند
CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-

واکنش کاتد
CO2+ 1/2O2 + 2e- => CO32-

واکنش کلی پیل
H2(g) + ½O2(g) + CO2 (cathode) => H2O(g) + CO2 (anode)

گرما به عنوان محصول فرعی برای تولید بخار فشار بالا استفاده می‌شود که در صنعت کاربرد زیادی دارد. میزان بازده سوخت در این پیل‌سوختی در حدود %60 درصد است ولی با بازیافت حرارتی در سیستم‌های توامان برق و حرارت بازده به بیش از %75 می‌رسد. دانسیته توان در این پیل‌سوختی در حدود 200ـ100 است. این نوع پیل‌سوختی طول عمری بیش از 40000 ساعت از خود نشان داده است.

پیل‌های سوختی کربنات مذاب بر خلاف پیل‌های سوختی اسید فسفریک و قلیایی حساسیت کمتری نسبت به مسمومیت مونوکسید کربن دارند و همین امر سبب می‌گردد که امکان استفاده ازن سوخت‌هایی که بر پایه زغال سنگ می‌باشند در این نوع پیل‌سوختی وجود داشته باشد. پیل‌های سوختی کربنات مذاب با کاتالیست‌های نیکلی که ارزان‌تر از کاتالیست‌های پلاتینی هستند عملکرد بسیار خوبی از خود نشان دادند. واحدهای تولیدی از این نوع پیل‌سوختی تا ظرفیت 2 مگاوات وجود دارند. و طراحی‌های مربوط ب واحدهای 50 الی 100 مگاوات نیز انجام شده است. 

پیل‌سوختی کربنات در مقایسه با سایر پیل‌های ‌سوختی دما بالا دارای دو مشکل می‌باشد، یکی از این مشکلات پیچیدگی کار با الکترولیت مایع است. دومین مشکل باقیمانده‌های واکنش شیمیایی در پیل‌سوختی کربنات مذاب است. یون‌های کربنات الکترولیت در واکنش‌های آند استفاده می‌شوند بنابراین نیاز داریم که توسط تزریق دی اکسید کربن در کاتد این مقدار را جبران کنیم. 

دمای بالای عملکرد پیل‌سوختی‌ کربنات مذاب کاربرد این گونه پیل‌های‌سوختی را محدود به نیروگاه‌های بزرگ تولید الکتریسیته کرده و امکان استفاده از آن در کاربردهای کوچک و یا حتی خانگی وجود ندارد. دمای بالای کارکرد این نوع پیل‌سوختی‌ مزایای ویژه‌ای را نیز به همراه دارد. یکی از مهم‌ترین مزایای دمای بالای کارکرد این نوع پیل‌سوختی‌ قابلیت تبدیل سوخت در داخل پیل‌سوختی‌ است به این معنی که سوخت مصرفی مانند گازطبیعی به طور مستقیم در پیل‌سوختی‌ مورد استفاده قرار می‌گیرد. از مزایای دیگر این نوع پیل‌سوختی امکان استفاده از گرمای تولیدی در پروسه‌های شیمیایی و در تولید بخار و انتقال بخار حاصل به توربین‌های بخار جهت تولید الکتریسیته است.