دانلود مقالات ISI درباره پیل سوختی + ترجمه فارسی

پیل سوختی(به انگلیسی: fuel cell) وسیله‌ای است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. برخلاف باتری‌ها که به علت محدود بودن مقدار ماده‌ی واکنش دهنده در مخزن باتری، پس از مدتی نمی‌توانند انرژی لازم را تأمین کنند، در پیل سوختی مواد واکنش دهنده به صورت پیوسته وارد پیل شده و فرآورده‌ها به صورت پیوسته خارج می‌شوند، بنابراین پیل سوختی می‌تواند به صورت پیوسته کار کند. همچنین به دلیل اینکه تبدیل انرژی به طور مستقیم روی می‌دهد از بازدهی بالایی برخوردار است. در پیل سوختی گاز هیدروژن به عنوان سوخت مصرف شده و از واکنش آن با اکسیژن، علاوه بر انرژی الکتریکی، آب و حرارت نیز تولید می‌گردد. به عبارت دیگر در این تبدیل، عکس واکنش الکترولیز آب رخ می‌دهد. یک پیل سوختی از سه جزء اصلی تشکیل شده‌ است: الکترود آند، الکترود کاتد و الکترولیت یا غشاء. گاز هیدروژن که به عنوان سوخت به کار می‌رود، به الکترود آند وارد شده و در آنجا با از دست دادن الکترون، اکسایش می‌یابد. طی این واکنش یون هیدروژن مثبت (+H) و الکترون تولید می‌شوند. یون‌های هیدروژن به همراه الکترون‌ها از کاتد به آند منتقل شده که این انتقال از طریق الکترولیت صورت می‌گیرد. انتقال الکترون از طریق یک مدار خارجی صورت پذیرفته و سبب ایجاد جریان مستقیم (DC) می‌شود. بنابراین مصرف ‎‎کننده‌های جریان متناوب (AC) از مبدل‌های جریان مستقیم به متناوب استفاده می‌کنند. اکسیژن موجود در کاتد با الکترون‌ها و یون‌های هیدورژن واکنش داده و آب تولید می‌کند. یک سیستم پیل سوختی را می توان به طور کلی به سه بخش زیر تقسیم کرد: 1- بخش سوخت رسانی شامل: مبدل سوخت و سیستم ذخیره هیدروژن 2- بخش تولید انرژی شامل: سری پیل سوختی و سیستم کنترل رطوبت، فشار، دما و دبی گازها 3- بخش تبدیل انرژی: که مربوط به فصل مشترک بین پیل سوختی و مصرف کننده برق جهت تبدیل جریان و ولتاژ برق به ولتاژ و جریان مناسب است. پیل‌های سوختی را بر اساس نوع الکترولیتی که در آن به کار می‌رود، به پنج دسته طبقه‌بندی می‌کنند: 1. پیل‌های سوختی قلیایی (AFC) 2. پیل‌های سوختی کربنات مذاب (MCFC) 3. پیل‌های سوختی اسید فسفریک (PAFC) 4. پیل‌های سوختی اکسید جامد (SOFC) 5. پیل¬های سوختی غشاء مبادله کننده پروتون (PEMFC) 6. پیل سوختی متانولی (DMFC) مزایای پیل‌های سوختی عبارتند از: • داشتن بازدهی بالا نسبت به وسایلی که از سوخت‌های شیمیایی معمول نظیر نفت و بنزین استفاده می‌کنند. • به دلیل وابسته نبودن به سوخت‌های فسیلی متداول نظیر بنزین و نفت، وابستگی و ناپایداری اقتصای را کاهش می‌دهند. • نصب پیل‌های سوختی نیروگاهی کوچک موجب کاهش شبکه توزیع و کاهش اتلاف انرژی می‌شود. • سازگاری با محیط زیست؛ چون تنها محصول جانبی ایجاد شده در پیل‌های سوختی آب است. • عدم آلودگی صوتی؛ از آنجایی‌که در پیل‌های سوختی اجزای متحرک وجود ندارد، این وسیله بسیار بی‌صدا و آرام است. • هزینه نصب کم و راه‌اندازی آسان • قابل تنظیم بودن زمان عملکرد با توجه به میزان سوخت • امکان استفاده از سوخت‌های گوناگون • به علت عدم وجود اجزای متحرک نگهداری از آنها بسیار ساده است. • برخی از این مولدها قابلیت تولید همزمان برق و حرارت را دارند. معایب پیل‌های سوختی عبارتند از: • ناشناخته بودن فناوری پیل‌های سوختی در جهان • گران بودن؛ از آنجایی که هنوز خطوط تولید پیل‌های سوختی وجود ندارد، تولید انبوه آنها بسیار گران است. علاوه بر این، در ساخت این وسایل از برخی مواد گران قیمت (مانند کاتالیست‌ها) نیز استفاده می‌شود. • ممکن است در مدت طولانی کار، گرما موجب مشکلاتی چون ناسازگاری عناصر و افت انرژی شود. • در صورت استفاده از سوخت ناخالص، کار و گرمای بیش از حد موجب رسوب کربن و در ‎‎‎‎نهایت مسمومیت پیل می‌گردد. یکی از پیل‌های سوختی که بیش‌ترین کاربرد تجاری را دارا هستند پیل‌های سوختی متانولی مستقیم (DMFC) است. استفاده از پیل‌های سوختی متانولی مستقیم، توسط سازندگان اتومبیل‌ها در حال بررسی و مطالعه است تا جایگزین سوخت‌های فسیلی در اتومبیل‌های نسل آینده شوند. همچنین این نوع از پیل‌ها به علت داشتن دانسیته انرژی بالا می‌توانند به عنوان باتری در وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند لپ تاپ و گوشی موبایل مورد استفاده قرار گیرند و جایگزین مناسبی برای باتری‌های یون لیتیومی کنونی باشند. اما محدودیت‌های زیادی بر سر راه تجاری شدن پیل‌های سوختی وجود دارد که این محدودیت‌ها شامل موارد زیر می‌شود: • مشکلات و خطرات ذخیره‌سازی هیدروژن • گران بودن کاتالیست پلاتین (Pt) • مسمومیت کاتالیست توسط سوخت‌های غیر هیدروژن