Yakıt hücresi türleri
Yakıt pilleri, kullanılan elektrolit türlerine göre birkaç türe ayrılabilir.
1- Alkalin yakıt hücresi (AFC)
Bu yakıt hücresinde elektrolit çözeltisi olarak KOH kullanılır.Alkali elektrolitlerdeki oksijen indirgeme kinetiği asit elektrolitlerden daha hızlıdır ve asil olmayan metal elektrokatalizörlerin kullanımı AFC’yi ekonomik hale getirir.
Alkali sistemler, oda sıcaklığında çok iyi performans gösterir ve herhangi bir yakıt sistemi arasında en yüksek voltaj verimliliğine sahiptir ve AFC sistemleri, birçok malzeme ile iyi uyumlu oldukları için uzun bir çalışma ömrüne sahiptir.
AFC’ler güvenilir sistemlerdir ve küçük hacimlerde nispeten yüksek güce ulaşabilirler, güç yoğunlukları 100-200 MWh/cm aralığındadır ve iletim sektörü için maliyetler 50/100$/kW’a kadar çıkarılmaya çalışılmıştır.
Bir alkalin yakıt hücresinin şematik diyagramı
2- Fosforik asit yakıt hücresi (PAFC)
Elektrolit yakıt olarak fosforik asidin kullanıldığı bu yakıt hücresinde, nispeten temiz bir yakıt (doğal gaz, sıvılaştırılmış petrol gazı gibi) veya konvertörden alınan temiz kömür gazı kullanılır. Pazara daha yakın iki uygulama dikkate alınır. Bunlar enerji santralleri ve kojenerasyon üniteleridir. PAFC’de soy metal elektrokatalizörü kullanmak gereklidir ve bu dezavantaja rağmen fosforik asit bir elektrolit olarak mükemmel termal, kimyasal ve elektrokimyasal kararlılık gibi avantajlar sunar, ayrıca PAFC’ler atık ısıdan yararlanma açısından çok avantajlıdır.
PAFC sistemleri Dünya üzerindeki uygulamalarda en çok gelişme gösteren sistemlerdir. Daha çok apartman, alışveriş merkezi gibi yerlerde elektrik üretmek için kullanılırlar. PAFC, 250W’tan 200kW’a 24V jeneratör olarak ticari olarak sunulma sürecindedir. Yakıt olarak doğal gaz kullanan 200 kW’lık bir PAFC sistemine yatırım: kW başına 287 $ maliyet.
PAFC’ler, en iyi verimlilikle sabit bir üretim seviyesinde çalışabilir. Bir hibrit sistemle, hızlanma için gereken daha yüksek güç taleplerinin diğer araçlar tarafından karşılanması durumunda en iyi şekilde çalışır. PAFC’lerin en iyi uygulamaları ağır araçlarda veya lokomotiflerde olacaktır.
Fosforik asit yakıt hücresinin şeması
3. Katı Oksijenli Yakıt Pilleri (SOFC)
SOFC’ler katı hal yakıt hücreleridir, hücre malzemelerinin çoğu özel seramik ve nikelden yapılmıştır, çalışma sıcaklığı yaklaşık 1000 santigrat derecedir, yakıt olarak hidrojen karbondioksit ile birleştirilir ve reaksiyon olarak su buharı ve karbondioksit üretilir. Ürün:% s.
SOFC’ler, hem elektriğin hem de ısının kojenerasyon ünitesi olarak kullanılabildiği yerlerdir. 1000°C’de bile elde edilen buhar ile buhar türbini çevrimini bir araya getirebilir. Böylece toplam sistem verimliliği %50-55 mertebesine ulaşabilmektedir.Şu anda hesaplanan yatırım maliyetleri 1.500$/kW mertebesindedir.
Katı oksit yakıt hücresinin şematik diyagramı
4. Proton Değiştirme Membranı Yakıt Pili (PEMFC)
PEMFC 1960’ların başında General Electric tarafından icat edilmiş, katı polimer elektrolitli yakıt hücresi olarak da adlandırılan bu tip yakıt hücresinde proton (hidrojen iyonu) geçirgen zarlar kullanılmaktadır.
Bir PEM yakıt hücresi, iki platin kaplı elektrot arasında sıkıştırılmış perflorlu sülfonik asit polimerleri gibi protonları ileten katı bir elektrolitten oluşur. Burada elektrolit, anot ile katot arasında bir gaz kolonu oluşturarak anottan katoda hidrojen iyonlarının transferini sağlar. Gaz elektrotlarında bir polimer elektrolite gaz difüzyon kanallarından oluşur. Aynı zamanda bu kanallar elektrik akımını toplama görevini de üstlenirler.PEM’in çalışma sıcaklığı 80-90°C gibi çok düşük sıcaklıklarda ve çalışma basıncı 1-8 atm arasındadır.Bu tip yakıt pilleri çalışabilmektedir. belirli bir nemde hidrojen ve oksijen ile.
PEM’ler 350 mW/cm2’lik yüksek bir güç yoğunluğuna sahiptir ve şu anda ticari olarak 100–500 W güç aralığında mevcuttur. Yatırım maliyetleri de 5.000-13.000$ arasında değişiyor ve maliyetler 10-20 kat düşebiliyor.
Yüksek enerji yoğunluğu, hızlı ve hızlı karıştırma ve değişken güç çıkışlarına uygunluk, PEM’leri ulaşım alanında kullanıma uygun hale getirir.
PEM yakıt hücresi nasıl çalışır?
PEM yığını
Bir membranı bir yığına yerleştirirken
Bir proton değişim membranlı yakıt hücresinin şematik gösterimi
Yakıt hücrelerinin çalışma mekanizması, suyun elektrolizinin tersidir. yakıt
Hücre için reaksiyon formülü aşağıdaki gibidir.
Bu etkileşim sonucunda elektrik, su ve bir miktar ısı açığa çıkar. Bu ısı açığa çıkar
Ev kullanımı veya başka herhangi bir uygulama için kullanılan bir yakıt hücresinden elde edilen yakıt miktarı.
Genel verimlilik artırılabilir.
5. Erimiş Karbonat Yakıt Pili (MCFC)
MCFC’ler 600-650°C sıcaklıkta çalışır ve son zamanlarda geliştirilen ikinci nesil yakıt hücrelerinden biridir. Anotta CO2 ve H2O bakımından zengin gazlı ürün üretilir, karbondioksit katoda giren hava ile karıştırılmak üzere gönderilir.
Yüksek çalışma sıcaklığı nedeniyle, MCFC’ler değerli atık ısıtma, proses ısıtma ve kojenerasyon amaçları için kullanılabilir. Ana avantajları, hücredeki atık ısılarını doğrudan kükürtten arındırılmış metanı anotta hidrojene dönüştürmek için kullanabilmeleri ve MCFC’ler için hedef yatırım maliyetinin 1.000 $/kW olmasıdır.
Erimiş bir karbon yakıt hücresinin şematik diyagramı
Yakıt hücrelerini karşılaştırın
Yakıt hücreleri ürettikleri ısı, kullandıkları elektrolitler ve ürettikleri güç gibi verilerle karşılaştırılabilir. Yukarıda açıklanan beş yakıt hücresinin özellikleri aşağıdaki tabloda karşılaştırılmıştır.
Aşağıdaki çizelgede PEM yakıt hücreleri, SOFC, buhar türbinleri, gaz seramik gaz türbinleri ile dizel yakıt ve elektrik üretim koşulları arasında bir karşılaştırma yapılmaktadır.
Gelecekteki enerji santrallerinin verimlilik oranları
Aşağıdaki tabloda 3 farklı yakıta sahip otomobiller için oransal olarak verimlilik oranları verilmiştir.
Otto, dizel ve yakıt hücreli araçların verimliliğinin karşılaştırılması
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]