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

پیل سوختی اسید فسفریک

پیل‌سوختی اسید فسفریک اولین پیل‌سوختی تجاری می باشد که توسعه آن از اواسط دهه 1960 آغاز گشت و از سال 1970 در مرحله آزمایش قرار گرفت و همچنان در حال توسعه در زمینه افزایش پایداری و عملکرد و کاهش هزینه می‌باشد. الکترولیت مورد استفاده در این پیل‌سوختی اسیدفسفریک با غلظتی در حدود %100 می‌باشد. محدوده دمای کارکرد این پیل‌سوختی بین 150 تا 220 درجه سانتیگراد است. هدایت یونی در اسیدفسفریک نسبتاً ضعیف است ولی به علت پایداری بیشتر نسبت به سایر اسیدها جهت استفاده در این نوع پیل‌سوختی ارجحیت دارد. پیل‌سوختی اسیدفسفریک به CO2 حساسیتی نداشته و حضور CO تا حد 2-1 درصد مشکلی ایجاد نمی‌کند. کاتالیست مورد استفاده در پیل‌سوختی اسید فسفریک پلاتین و ماتریسی که برای نگه‌داری اسید به کار می‌رود از جنس کاربید سیلیکون (SiC) است. بازده الکتریکی این نوع پیل‌سوختی در حد 45%-40% است که با استفاده از حرارت حاصل از واکنش‌های الکتروشیمیایی در کاربردهای توامان برق و حرارت میزان بازده کلی (الکتریکی و حرارتی) به 85% افزایش می‌یابد. 

اکنون پیل‌های‌سوختی اسیدفسفریک با توان 200 کیلووات مشغول به کار می‌باشد و واحدهایی با توان 11 مگاوات در حال تست هستند.

سوخت مورد استفاده در پیل‌سوختی اسیدفسفریک هیدروژن می‌باشد و یون هیدروژن H+ نقش حامل بار را ایفاء می‌کند. همانند پیل‌های سوختی پلیمری هیدروژن در آند به پروتون و الکترون تفکیک شده و پروتون از طریق الکترولیت و الکترون از طریق مدار بیرونی به کاتد منتقل می‌شوند. در کاتد الکترون‌ها، یون‌های هیدروژن و اکسیژن واکنش داده و آب تولید می‌گردد. واکنش‌های آند، کاتد و واکنش کلی پیل در ذیل ارائه شده است.

واکنش آند
2 H2 => 4 H+ + 4 e-

واکنش کاتد
O2(g) + 4 H+ + 4 e- => 2 H2O

واکنش کلی پیل
2 H2 + O2 => 2 H2O


استفاده از کاتالیت پلاتین سبب افزایش سرعت واکنش‌های آند و کاتد می‌گردد.

تامین هیدروژن مورد نیاز برای پیل‌سوختی اسیدفسفریک با به کارگیری یک مبدل خارجی انجام می‌گیرد که در آن سوخت هیدروکربن به هیدروژن تبدیل می‌شود. وجود گوگرد حتی در کمترین مقدار موجب صدمه دیدن کاتالیست می‌شود. از این رو جداسازی کامل سولفور از سوخت هیدروکربنی مصرفی امری ضروری می‌باشد. گرمای بوجود آمده در پیل‌سوختی اسیدفسفریک می‌تواند در کاربرد ترکیبی گرما و برق مورد استفاده قرار گیرد. 

از نکاتی که می‌بایست در پیل‌سوختی اسیدفسفریک مدنظر قرار گیرد، مقاومت اجزای آن می‌باشد، که بایستی در برابر خورندگی اسید مقاومت بالایی از خود نشان دهند. 

یکی از مهمترین کاربردهای پیل‌سوختی اسیدفسفریک، در مصارف (on-site) یا نیروگاه‌های غیر متمرکز نصب شده در محل مصرف است که در زمان حاضر یکی از موثرترین کاربردهای این گونه پیل‌های‌سوختی است. در این حالت مولد پیل‌سوختی اسیدفسفریک به طور مستقیم در محل مصرف نصب می‌شود و از حرارت و الکتریسیته تولیدی به طور همزمان استفاده می‌گردد. 

پیل‌سوختی اسید فسفریک اولین تکنولوژی پیل‌سوختی است که به صورت تجاری در دسترس قرار گرفته است. سیستم‌هایی از این نوع که در حال حاضر در دسترس هستند در خانه‌ها و هتل‌ها و بیمارستان‌ها وبرخی واحدهای الکتریکی نصب شده است. بعضی از این واحدها دارای مشخصات تجاری بوده و ضمانت سازندگانشان را به همراه دارند. به طور مثال سیستمی که در شکل مشاهده می‌شود یک سیستم 200 کیلووات از شرکت ONSI است که از سال 1997 در واحد تصفیه‌خانه فاضلاب در نیویورک نصب شده است.