انواع تلفات در پیل سوختی

انواع تلفات در پیل سوختی

تلفات پیل سوختی به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند.

1- تلفات فعال‌سازی

2- تلفات اهمی

3- تلفات متراکم سازی

این تلفات غیر قابل بازگشت می‌باشند و باعث می‌شوند که ولتاژ عملی کم‌تر از ولتاژ ایده‌آل شود. تلفات فعال‌سازی، تلفات مرتبط با واکنش‌های کند شیمیایی می‌باشد (غلبه بر انرژی فعال‌سازی واکنش‌های شیمیایی). تلفات اهمی، همان تلفات جریان عبوری از مسیر الکتریکی پیل سوختی می‌باشد. تلفات متراکم سازی به دلیل پدیده انتقال روی می‌دهد که این پدیده منجر به تراکم کم‌تر واکنش‌دهنده‌ها در سطح الکتروشیمیایی به نسبت توده سیال می‌شود.

مقایسه بین منحنی ولتاژ-جریان دو حالت ایده‌آل و عملی در شکل زیر آورده شده است.

منحنی تلفات پیل سوختی

مشاهده می‌شود که تلفات فعال‌سازی در جریان‌های پایین‌تر رخ می‌دهد، زیرا باید بر سدهای الکترونیکی غلبه کرد تا جریان مشخصی عبور داده شود و واکنش‌دهنده‌ها شروع به مصرف شدن کنند. تلفات اهمی به صورت مستقیم با جریان تغییر می‌کند و با افزایش جریان، به صورت خطی افزایش می‌یابد.

تلفات فعال‌سازی

تحلیل‌های ترمودینامیکی نشان می‌دهد که تلفات فعال‌سازی زمانی رخ می‌دهد که نرخ واکنش‌های الکتروشیمیایی در سطح الکترود توسط جنبش‌های کند الکترود کنترل شود. در واکنش‌های الکتروشیمیایی هم مانند واکنش‌های شیمیایی، قبل از اینکه فرآیند رخ دهد باید بر مانع فعال‌سازی غلبه کرد. در مورد واکنش‌های الکتروشیمیایی، انرژی فعال‌سازی از 50 تا 100 میلی وات متغیر است و با استفاده از رابطه تافل به صورت زیر نشان داده می‌شود.

رابطه تلفات فعال‌سازی پیل سوختی

که در آن α ضریب جابجایی الکترون، n تعداد الکترون‌های شرکت کننده در واکنش، R ثابت گاز، T دما، T ثابت فارادی، i جریان و io چگالی جریان جابجا شده می‌باشد. چگالی جریان جابجا شده برابر با ماکزیمم جریانی است که بدون تلفات عبور می‌کند.

تلفات اهمی

تلفات اهمی ناشی از مقاومت نسبت به جریان یون‌ها در الکترولیت و جریان الکترون‌ها در مسیر الکتریکی می‌باشد. تلفات عمده در این حالت مربوط به عبور یون‌ها از الکترولیت می‌باشد. این تلفات می‌تواند با کاهش فاصله‌ی بین الکترودها و یا افزایش قابلیت هدایت یونی الکترولیت کاهش یابد. این تلفات توسط قانون اهم به صورت رابطه‌ی زیر محاسبه می‌شود.

رابطه تلفات اهمی پیل سوختی

که i جریان و Rcell مقاومت کلی پیل سوختی است که شامل مقاومت یونی، مقاومت الکترودها و مقاومت اتصالات بین آن‌ها می‌باشد.

تلفات متراکم‌سازی

تلفات متراکم سازی به دلیل تشکیل گرادیان غلظت واکنش‌دهنده‌ها در سطح الکترود ایجاد می‌شود. این گرادیان غلظت به علت مصرف سریع واکنش‌دهنده‌ها در سطح الکترود هنگامی‌که توده سیال زمان کافی برای دوباره پر کردن واکنش‌دهنده‌ها به غلظت اصلیشان ندارد تشکیل می‌شود. این تلفات می‌تواند به وسیله‌ی مکانیزم‌های فیزیکی زیر روی دهد.

1-    انتشار در فاز گازی از طریق منافذ الکترود

2-    حل شدن واکنش‌دهنده‌ها در الکترولیت

3-    تجزیه‌ی محصولات در خارج از الکترولیت

4-    جابجایی واکنش‌دهنده‌ها و محصولات بین الکترولیت و محل انجام واکنش‌های الکتروشیمیایی

اثر تلفات متراکم سازی به صورت رابطه زیر نشان داده می‌شود.

رابطه تلفات متراکم سازی

در این رابطه، iL جریان محدود‌کننده است و ماکزیمم جریانی می‌باشد که در آن واکنش‌دهنده‌ها در الکترود مصرف می‌شوند.

voltamoshaver@gmail.com

09374305423

 


مطالب مرتبط...

هیچ نظری تا کنون برای این مطلب ارسال نشده است، اولین نفر باشید...

ابزار وبمستر

ابزار وبمستر