دانلود تحقیق تاریخچه پیل سوختی

اگر چه پیل‌سوختی به تازگی به عنوان یکی از راهکارهای تولید انرژی الکتریکی مطرح شده است ولی تاریخچه آن به قرن نوزدهم و کار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر می‌گردد.

او اولین پیل‌سوختی را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.
واژه "پیل‌سوختی" در سال 1889 توسط لودویک مند و چارلز لنجر به کار گرفته شد.

آنها نوعی پیل‌سوختی که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف می‌کرد، ساختند.

تلاش‌های متعددی در اوایل قرن بیستم در جهت توسعه پیل‌سوختی انجام شد که به دلیل عدم درک علمی مسئله هیچ یک موفقیت آمیز نبود.

علاقه به استفاده از پیل سوختی با کشف سوخت‌های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.
فصلی دیگر از تاریخچه تحقیقات پیل‌سوختی توسط فرانسیس بیکن از دانشگاه کمبریج انجام شد.

او در سال 1932 بر روی ماشین ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسیاری انجام داد.

این اصلاحات شامل جایگزینی کاتالیست گرانقیمت پلاتین با نیکل و همچنین استفاده از هیدروکسیدپتاسیم قلیایی به جای اسید سولفوریک به دلیل مزیت عدم خورندگی آن می‌باشد.

این اختراع که اولین پیل‌سوختی قلیایی بود، “Bacon Cell” نامیده شد.

او 27 سال تحقیقات خود را ادامه داد تا توانست یک پیل‌سوختی کامل وکارا ارائه نماید.

بیکون در سال 1959 پیل‌سوختی با توان 5 کیلووات را تولید نمود که می‌توانست نیروی محرکه یک دستگاه جوشکاری را تامین نماید.
تحقیقات جدید در این عرصه از اوایل دهه 60 میلادی با اوج گیری فعالیت‌های مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد.

مرکز تحقیقات ناسا در پی تامین نیرو جهت پروازهای فضایی با سرنشین بود.

ناسا پس از رد گزینه‌های موجود نظیر باتری (به علت سنگینی)، انرژی خورشیدی(به علت گران بودن) و انرژی هسته‌ای (به علت ریسک بالا) پیل‌سوختی را انتخاب نمود.
تحقیقات در این زمینه به ساخت پیل‌سوختی پلیمری توسط شرکت جنرال الکتریک منجر شد.

ایالات متحده فن‌آوری پیل سوختی را در برنامه فضایی Gemini استفاده نمود که اولین کاربرد تجاری پیل‌سوختی بود.
پرت و ویتنی دو سازنده موتور هواپیما پیل‌سوختی قلیایی بیکن را به منظور کاهش وزن و افزایش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضایی آپولو به کار بردند.

در هر دو پروژه پیل‌سوختی بعنوان منبع انرژی الکتریکی برای فضاپیما استفاده شدند.

اما در پروژه آپولو پیل‌های سوختی برای فضانوردان آب آشامیدنی نیز تولید می‌کرد.

پس از کاربرد پیل‌های سوختی در این پروژه‌ها، دولت‌ها و شرکت‌ها به این فن‌آوری جدید به عنوان منبع مناسبی برای تولید انرژی پاک در آینده توجه روزافزونی نشان دادند.
از سال 1970 فنآوری پیل‌سوختی برای سیستم‌های زمینی توسعه یافت.

تحریم نفتی از سال1973-1979 موجب تشدید تلاش دولتمردان امریکا و محققین در توسعه این فن‌آوری به جهت قطع وابستگی به واردات نفتی گشت.
در طول دهه 80 تلاش محققین بر تهیه مواد مورد نیاز، انتخاب سوخت مناسب و کاهش هزینه استوار بود.

همچنین اولین محصول تجاری جهت تامین نیرو محرکه خودرو در سال1993 توسط شرکت بلارد ارائه شد.
کاربردهای پیل سوختی نیروگاهی
بازار مولدهای نیروگاهی پیل‌سوختی بسیار گسترده است و کاربردهای دولتی، نظامی و صنعتی را شامل می‌شود.

همچنین به عنوان نیروی پشتیبان در مواقع اضطراری در مخابرات، صنایع پزشکی، ادارات، بیمارستان‌ها، هتل‌های بزرگ و سیستم‌های کامپیوتری به کار می‌رود.
پیل‌های سوختی نسبتاً آرام و بی‌صدا هستند لذا جهت تولید برق محلی مناسبند.

علاوه بر کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از این نیروگاه‌ها می‌توان جهت گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.
این نیروگاه‌ها در مصارف کوچک بازدهی الکتریکی بالایی دارند و همچنین در ترکیب با نیروگاه‌های گاز طبیعی بازدهی الکتریکی آنها به 70-80% می‌رسد.
مزیت دیگر این نیروگاه‌ها عدم آلودگی محیط زیست است.

خروجی نیروگاه‌های پیل‌سوختی بخار‌آب می باشد.

خروجی نیروگاه‌های پیل‌سوختی بخار‌آب می باشد.

نیروگاه‌های پیل سوختی قابلیت استفاده از سوخت‌های مختلف مانند متانول، اتانول، هیدروژن، گاز طبیعی، پروپان و بنزین را دارند و مانند سایر نیروگاه‌ها محدود به استفاده از یک منبع انرژی خاص نیست.

از زمانیکه اولین پیل‌سوختی نیروگاهی در دهه 60 تولید گشت، تا کنون در مجموع 650 سیستم کامل با توان بیش از 10 کیلووات (میانگین آن 200 کیلووات است) ساخته شد.

تقریباً 90 درصد از این واحدها با گاز طبیعی تغذیه می شود.

البته استفاده از سوخت‌های جایگزین نظیر بیوگاز و گاز ذغال نیز پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته است.

در این بخش نیروگاه انواع متنوع پیل‌سوختی به کار رفته است.

در ابتدا از پیل‌سوختی اسید فسفریک آغاز گردید و سپس پیل‌سوختی پلیمری و پیل‌سوختی کربنات مذاب جایگزین آن گشتند.

در حالیکه پیل‌سوختی اکسید جامد در آینده بازار را به قبضه در خواهد آورد.

در بخش پیل‌های سوختی نیروگاهی کوچک (زیر 10 کیلووات) نیز رشد قابل ملاحظه‌ای را شاهد بودیم.

تعداد این واحدها اکنون به 1900 رسیده است.

این سیستم جهت مصارف خانگی و بازارهایی از قبیل UPS ونیروی پشتیبان در اماکن دوردست کاربری دارد.

نیمی از محصولات در آمریکای شمالی توسعه یافته است.

در بخش سیستم‌های نیروگاهی کوچک 20 درصد سهم بازار را پیل‌سوختی اکسیدجامد و مابقی را پیل‌سوختی پلیمری تشکیل می‌‌دهد.

بازار پیل‌سوختی کوچک در ژاپن که به مصارف خانگی اختصاص دارد، منحصراً با پیل‌سوختی پلیمری است و امید است تا انتهای سال 2005 محصولات به بازار عرضه گردند.

فروش تعدادی از واحدهای نیروگاهی کوچک آغاز شده است که از جمله آنها سیستم GenCore شرکت Plug Power می باشد(توان 5 کیلووات، 15000 دلار) دولت ژاپن حمایت خود از توسعه پیل‌های سوختی نیروگاهی در ابعاد بزرگ را از سال 1980 آغاز نموده است و شرکت های ژاپنی گاز توکیو و Osaca از بزرگترین شرکت های توسعه دهنده این فن‌آوری می‌باشند.

یکی دیگر از انگیزه های وسوه برانگیز بکارگیری پیل سوختی شرکت جنرال موتورز قصد دارد با برنامه ای بلند مدت، سوخت هیدروژن را به صورت همه گیر در خودروها مورد استفاده قرار دهد.

در حال حاضر شش میلیارد و 400 میلیون انسان بر روی کره زمین زندگی می‌کنند و این آمار تا سال 2020 به هفت میلیارد و 500 میلیون نفر خواهد رسید.

در همین حال پیش‌بینی می‌شود، در مدت زمان فوق شمار افرادی که صاحب خودرو می‌شوند 12 تا 15 درصد رشد داشته باشد و این بدان معنی است که تعداد خودروها که در حال حاضر در حدود 775 میلیون دستگاه برآورد شده است، تا سال 2020 به بیش از یک میلیارد و 100 میلیون دستگاه خواهد رسید.

بنابراین کاهش مصرف سوخت و آلاینده‌های محیط زیست اهمیت بسیار زیادی پیدا می‌کند که در این میان شرکت خودروسازی جنرال موتورز آمریکا با معرفی تکنولوژی پیل سوختی هیدروژنی توانسته است امید به جابجایی بدون آلودگی رادر آینده افزایش دهد.

لذا توسعه خودروهای پیل سوختی به سرعت در جهان در حال رشد است، به طوری که در حال حاضر شرکت‌های خودروسازی جنرال موتورز و اوپل بیش از یک میلیارد دلار صرف تحقیقات در این تکنولوژی کرده‌اند.

"هیدروژن 3 اوپل" ثابت کرده است که رانندگی با خودروهای متفاوت، مسیر خود را از آزمایشگاه به جاده هموار کرده است و نمونه اولیه آن در حال حاضر با همکاری شرکت سازنده مبلمان ایکیا (IKEA) در حال گذراندن آزمایشهای متفاوت است و سکوئل (Seqel) جنرال موتورز به تولید خودروهای با پیل سوختی نزدیک‌تر شده است.

"هیدروژن 3 اوپل" دونده دو ماراتن، قهرمان مسابقات رالی "هیدروژن 3 اوپل" جانشین نمونه اولیه هیدروژنی است که در بهار سال 2000 معرفی شد و از روی طرح خودرو زافیرا اوپل ساخته شده بود.

نیروی برق این خودرو توسط 200 قطعه پیل سوختی که به صورت سری به یکدیگر متصل شده‌اند، تولید می‌شود.

این پیل‌ها نیروی موتور برقی 82 اسب بخار بر 60 کیلووات هیدروژن 3 را تامین می‌کند.

این نیروگاه که حداکثر 215NM گشتاور توسعه می‌دهد، حداکثر سرعتی برابر با 160 کیلومتر بر ساعت تولید می‌کند و در کمتر از 16 ثانیه از صفر تا 100 کیلومتر در ساعت شتاب می‌گیرد که در حالتی کاملا بی‌صداست.

در مسابقات ماراتن تابستان سال 2004، هیدروژن 3 اوپل توانست بدون هیچ مشکلی 9 هزار و 696 کیلومتر را در 14 کشور مختلف اروپایی طی کند.

در آوریل سال 2005 نیز این خودرو توانست جایزه مسابقات رالی مونت کارلو را برای وسایل نقلیه دارای پیل سوختی از آن خود کند.

شرکت خودروسازی اوپل اکنون در حال گسترش تکنولوژی آزمایشهای پیل سوختی با همکاری شرکت سوئدی ایکیا می‌باشد.

وسایل نقلیه پیل سوختی هیدروژن 3 که عاری از آلاینده‌های زیست محیطی می‌باشد از اوایل تابستان سال گذشته تحویل کالاها به مشتریان ایکیا را در برلین آغاز کرده است.

سوخت این وسایل نقلیه با هیدروژن مایع تامین می‌شود.

آزمایشهای این خودروها تحت نظارت پروژه همکاری انرژی پاک دولت آلمان انجام می‌شود که عملکرد انرژی 17 خودرو با سوخت هیدروژنی را تحت شرایط خاص آزمایش می‌کند.

بزرگترین جایگاه سوخت گاز هیدروژنی جهان در پاییز سال 2004 در پایتخت آلمان آغاز به کار کرد و قرار است علاوه بر گاز هیدروژن و هیدروژن مایع، بنزین و گازوئیل نیز به مردم ارایه کند.

سکوئل جنرال موتورز خودروی سکوئل جنرال موتورز محصولی است که تمامی نتایج تحقیقات فشرده که طی چند سال اخیر از سوی بزرگترین خودروساز جهان انجام شده است را در بر دارد؛ پروژه‌ای که جنرال موتورز بیش از یک میلیارد دلار در آن سرمایه‌گذاری کرده است.

این خودرو جادار به گونه‌ای طراحی شده است که کمترین آلایندگی محیط زیست را دارد.

در این خودرو سه منبع با فشار بالا تعبیه شده است که موقعیت آنها در میانه شاسی باعث بهبود مرکز ثقل خودرو می‌شود.

این خودروها که از اصلاحات فنی بسیار زیادی نیز بهره‌مند می‌باشند منحصر به فرد هستند.

خودروی سکوئل جنرال موتورز به دلیل افزایش 25 درصدی نیرو توسط تکنولوژی جدید می‌تواند سرعت صفر تا 100 کیلومتر را در کمتر از 10 ثانیه به دست آورد.

اجزای پیل سوختی شامل توده پیل سوختی، دستگاه فرعی هیدروژن و فرآوری هوا، سیستم خنک کننده و سیستم توزیع ولتاژ بالا می‌باشد.

فناوری های مصرف هیدروژن - پیل سوختی Hydrogen & fuel cell در حال حاضر با توجه به بحران انرژی، محدودیت سوخت های فسیلی و مشکلات ناشی از آلودگی های سوخت های فسیلی، استفاده از منابع جدید انرژی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است، در همین راستا دیدگاه نوینی برای استفاده از هیدروژن با توجه به خصوصیات منحصر به فرد آن ایجاد شده است.

از جمله خصوصیات هیدوژن می توان به فراوانی، انتشار بسیار ناچیز آلاینده ها، برگشت پذیر بودن چرخه تولید آن و کاهش اثرات گلخانه ای اشاره نمود.

کاربرد هیدروژن به عنوان سوخت موجب کاهش آلاینده های زیست محیطی و حذف اکسیدهای گوگرد و اکسیدهای کربن ناشی از احتراق سوخت های فسیلی می گردد.

عوامل فوق سبب شده است تا خودروهای پیل سوختی مورد توجه قرار گیرند.

این فناوری از جهت عدم تولید آلاینده هایی مانند اکسیدهای نیتروژن، مونوکسید کربن و هیدروکربن های نسوخته، بی همتاست.

پیل های سوختی نوعی مبدل انرژی می باشند که انرژی شیمیایی را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می نمایند.

پیل های سوختی همانند باطری ها عمل می کنند اما بر خلاف باطری ها مادامی که به آنها سوخت رسانده شود، از کار نمی افتند وبه شارژ مجدد احتیاجی ندارند.

پیل های سوختی پتانسیل شیمیایی هیدروژن را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و محصول جانبی آن، آب و حرارت می باشد.

هیدروژن مورد نیاز پیل های سوختی را می توان از منابع مختلفی همانند منابع هیدروکربنی نظیر نفت خام، گاز طبیعی، زغال سنگ و ...

و منابع تجدید پذیر نظیر باد و خورشید به دست آورد.

پیل های سوختی دامنه کاربرد وسیعی از موارد مصرف را از سفینه های فضایی تا تأمین انرژی وسایل کوچک الکترونیکی شامل می شود.

منبع تغذیه تلفن همراه منبع تغذیه قابل حمل در Notebook امروزه تلاش ها جهت حضور پیل های سوختی در صنایع نیروگاهی، حمل و نقل و کاربردهای قابل حمل به مرحله تجاری شدن نزدیک شده است.

خودروی پیل سوختی اتوبوس پیل سوختی راندمان و نشر آلاینده های زیست محیطی خودروهای پیل سوختی به مراتب از خودروهای رایج مناسب تر می باشد، همچنین پیل های سوختی به عنوان نسل چهارم نیروگاه ها در آینده امکان توسعه سیستم های غیر متمرکز تولید انرژی را فراهم می سازند.

امکان استفاده از سوخت های فسیلی همانند متانول و یا گاز طبیعی در پیل های سوختی تا زمان دستیابی به زیرساخت های لازم جهت ارائه هیدروژن به پیل های سوختی از دیگر مزایای کاربردی این سیستم ها می باشد.

امروزه همه تولید کنندگان عمده خودرو بر روی تولید تجاری خودروهای پیل سوختی سرمایه گذاری نموده اند، همچنین پیل های سوختی می توانند به عنوان مولد انرژی اتوبوس ها، قایق ها، هواپیماها و حتی دوچرخه ها مطرح شوند.

از پیل های سوختی در مقیاس کوچکتر، می توان در کاربردهای قابل حمل از جمله تلفن های همراه، کامپیوترهای قابل حمل و ...

استفاده نمود.

تکنولوژی پیل سوختی همانند هر تکنولوژی جدید دیگر در ابتدای تولید، قیمت محصولات آن زیاد است اما با تولید تجاری محصول درمقیاس وسیع و افزایش میزان تقاضا و توسعه فناوری، قیمت به میزان قابل توجهی کاهش خواهد یافت.

از مهم ترین مزایای پیل های سوختی