پروژه پیل های سوختی – مقاله پیل های سوختی

 تا چندی پیش همه تصور میکردند که پیل الکتریکی را نخستین بار دانشمند ایتالیایی لوییجی گالوانی در سال ۱۷۸۶ اختراع کرد.گالوانی از قرار دادن دو فلز در آب نمک جریان برق بدست آورد. چقدر مایه تعجب است وقتی میبینیم که بر حسب تصادف ،گالوانی هم برای ساختن پیل همان فلزهایی را استفاده کرد که ۱۸۰۰ سال پیش از وی ایرانیان برای ساختن پیل بکار برده بودند.

پیل های سوختی,پروژه پیل های سوختی,مقاله پیل های سوختی,پیل,پیل سوختی,پایان نامه پیل سوختی,سمینار پیل سوختی,پیل الکتریکی,تاریخچه پیل,پیل و باطری,انواع پیل,انواع پیل الکتریکی ,مقالات برق,پروژه برق,پروژه های برق,پایان نامه های برق,دانلود پروژه برق,pil

پیل مورد استفاده ایرانیان در قریه ای در اطراف بغداد به دست آمده است.باستان شناسانی که در آثار تمدن اشکانیان حفاری میکردند در کلبه یک کاهن یا کیمیاگر ایرانی تعداد زیادی از این پیلها به دست آوردند. باید در نظر داشت که در زمان فرمانروایی اشکانیان که از ۲۵۰ سال قبل از میلاد مسیح تا ۲۲۶ سال بعد از میلاد ادامه داشت قسمت مهمی از کشور فعلی عراق و منجمله نواحی بغداد جز امپراطوری ایران محسوب می شد.

برای توضیحات بیشتر به ادامه مطلب بروید

 

 

برای نخستین بار یک باستانشناس آلمانی به نام ویلهلم کونیک یک پیل الکتریکی اشکانیان را ۲۰ سال پیش در مرز عراق و ایران کشف کرد و هنگامی که آن را به موزه برلین برد مشاهده کرد که دوستانش نیر قطعات شکسته و خورد شده نظیر این پیل را پیش تر به موزه آورده اند. باستان شناس آلمانی پس از مدتی حدس زد که شاید این جسم عجیب یک پیل الکتریکی بوده است ولی دوستانش در این مورد تردید داشتند تا آنکه او پس از سالیان دراز تحقیق عاقبت موفق شد در خرابه های شهر سلوکیه متعلق به اشکانیان آلات دیگری کشف کند که حدس قبلی او را تایید نمود.

 

این دانشمند در حفاری های خود مقدار زیادی از این پیلها را پیدا کرد که به وسیله میله های برنزی به یکدیگر متصل بودند و در آخر فقط دو سیم از ترکیب آنها بوجود آمده بود و سر این دو سیم به دستگاه دیگری فرو رفته بود. کونیک مشاهدات خود را در کتابی منتشر ساخت.تا آنکه افکارش در سراسر جهان پخش شد و پس از آزمایشهای فراوانی که در این مورد به عمل آمد ، سرانجام چندی پیش یک مهندس امریکایی به نام ویلاردگری ثابت کرد که این دستگاه عجیب را اشکانیان برای آب دادن فلزات بخصوص طلا و نقره بکار می برده اند.

گری در گزارش خود می نویسد:«اشکانیان از اتصال این پیلها به یکدیگر مقدار قابل توجهی نیروی برق بدست می آوردند و آن را به وسیله دو سیم وارد دستگاه آبکاری کرده و با استفاده از املاح طلا و نقره ، دستبند ها و زینت آلات خود را آب طلا و نقره میدادند که امروز گالوانو پلاستی یا آبکاری الکتریکی می نامند.»

در آن زمان کیمیاگران و جواهرسازان باستانی که به اینکار می پرداختند ساختمان پیل را نیز مانند سایر معلومات خویش به عنوان یک راز مگو تلقی کرده و جز به اهل فن به کسی ابراز نمی داشتند و در نتیجه از این اختراع جز کاهنها و کیمیاگران ، دیگران اطلاع نداشتند.

نخستین بار در سال ۱۳۱۷ خورشیدی ( ۱۹۳۸ میلادی) ، ویلهلم کونیگ باستان‌ شناس آلمانی، در نشریه ی کاوش و پیشرفت ، طی مقاله‌ای خبر از وجود باتری های اشکانی می دهد.

 در آن سال ها ویلهلم کونیگ که اداره‌ی موزه‌ی ملی عراق را بر عهده داشت، هنگام کندوکاو در یکی از روستاهای خواجه ربو ( نزدیک شهر باستانی تیسفون – نزدیک بغداد )، به کوزه‌ای سفالی به بلندی چهارده سانتی‌متر برخورد که استوانه‌ای مسی در خود داشت و در میان آن استوانه نیز میله‌ای آهنی جای گرفته بود. بررسی‌ها از وجود ماده‌ای اسیدی، مانند سرکه و نیز خوردگی شیمیایی در آن ظرف سفالی خبر دادند.

 

کونیگ بر این باور بود که یک باتری باستانی را پیدا کرده و باید برای شناساندن آن به جهانیان و اثبات ادعای خود کوشش کند. او این پیل‌های تیسفون را Baghdad Battery نامید.

بررسی‌ها نشان داد که پیشینه ‌ی این باتری‌ به حدود دو هزار سال پیش باز می ‌گردد، یعنی زمانی که اشکانیان ( پارت‌ها ) بر میانرودان (بین النهرین) که از زمان کوروش بزرگ تا یورش اعراب به ایران، بخشی از خاک ایران بوده است فرمانروایی می ‌کردند.

با آغاز جنگ جهانی دوم، ادامه ی پژوهش‌ها درباره باتری‌های ایرانی به فراموشی سپرده شد. پس از بیست سال، جان پیرچنسکی (John B Pierczynski) در دانشگاه کارولینای شمالی آمریکا اقدام به ساخت یک مدل از باتری‌های ایرانی کرد. وی برای الکترولیت از سرکه نیم درصد استفاده کرد و توانست یک ولتاژ نیم ولتی به مدت ۱۸ روز به نمایش بگذارد.

بدین گونه برای پژوهشگران ثابت شده بود که با کوزه‌های یافت شده در سرزمین ایرانیان می توان برق تولید کرد.

در سال ۱۹۷۸ آزمایش همانندی در شهر هیلدس‌هایم آلمان انجام شد. دکتر آرن اِگ برشت (Dr Arne Eggebrecht) نیز در مدلی که ساخته بود از سرکه انگور نیم درصد استفاده کرد و توانست شدت جریان ۱۵۰ میکرو آمپری را اندازه بگیرد.

دکتر اِگ برشت پس از این آزمایش موفقیت‌آمیز مایل بود کاربرد این باتری‌ها را برای آبکاری، بوسیله آزمایش عملی نشان دهد. بنابراین در سپتامبر همان سال نمونه ی خود را به یک وان آبکاری طلا که یک تندیس نقره‌ای در آن قرار داشت وصل کرد، پس از دو ساعت و نیم، یک لایه یک دهم میکرومتری (۰٫۱ µm) روی تندیس نشسته بود. نتیجه این آزمایش به قدری شگفت انگیز بود که مجله ی اشپیگل در شماره ۲ اکتبر ۱۹۷۸ با آب و تاب از آن گزارش داد.

از سده نوزدهم میلادی تاکنون، الکساندر ولتا به نام مخترع باتری شناسایی شده ‌است، حال آن که یافته‌های باستان‌شناسی در مناطقی از ایران نشان داده‌ است که نزدیک دو هزار سال پیش از ولتا (۲۰۰ سال پیش از زادروز مسیح)، باتری در ایران در دوره اشکانیان ساخته شده‌ است.

اکتشاف این اختراع ایرانیان به اندازه‌ای تعجب و شگفتی جهانیان را بر انگیخت که حتی برخی از دانشمندان اروپایی و امریکایی این اختراع ایرانیان را به موجودات فضایی و ساکنان فراهوشمند سیارات دیگر که با بشقاب‌های پرنده و کشتی‌های فضایی به زمین آمده‌ بودند، نسبت دادند، و آن را فراتر از دانش اندیشمندان و پژوهشگران ایرانی دانستند. برای ایشان پذیرفتنی نبود که ایرانیان ۱۵۰۰ سال پیش از گالوای ایتالیایی (۱۷۸۶ میلادی) پیل الکتریکی را اختراع نموده باشند.

فرضیه‌های ارایه شده در زمینه یافته‌های باستان شناسان همگی بر این مطلب صحه گذاشته‌اند که این مجموعه در راستای کاربردهای الکتروشیمیایی مثل آبکاری فلزها ساخته شده که کشف ظرف‌های آبکاری شده در نزدیکیهای محل کشف این باتری، موئدی بر این مطلب است؛ یافته‌ای که به نوبه خود از یک جهش علمی تاریخی سرگذشت دارد.

ویژگی‌های باتری اشکانی

باتری کشف شده دربرگیرنده یک کوزه سفالی تخم‌مرغی شکل به بلندی ۱۴، قطر ۸ و دهانه ۳ / ۳ سانتیمتر است که یک میله آهنی به درازای ۵ / ۷ سانتیمتر به گونه ستونی در بخش میانی آن است و نقش قطب منفی باتری (آند) را بر دوش دارد. پیرامون این میله آهنی یک استوانه مسی به درازای ۸ / ۹ و قطر ۶ / ۲ سانتیمتر قرار گرفته که به کمک قیر در جای خود محکم شده‌است.

در بخش دهانه باتری از قیر برای آب بندی باتری بهره گیری شده‌است. میله‌های سیمی شکل برنزی یا آهنی که در نزدیکی محل مورد بررسی یافت شده‌اند، می‌توانسته‌اند نقش اتصال را بازی کنند. درباره الکترولیت به نظ می‌رسد از محلول‌های مس، سرکه و آبلیمو بهره گیری می‌شده‌ است. با در نظر گرفتن این واقعیت که اسید استیک و اسید سیتریک به خوبی برای آنها شناخته شده بوده ‌است، می‌توان پنداشت که چه بسا از این محلول‌ها نیز بهره گیری می‌شده ‌است. به گونه تئوری ولتاژ باتری اشکانیان اندکی برابر ۷۹/۰ ولت است، ولی با آزمایش‌های انجام شده به کمک باتری همانند سازی شده پارت‌ها و بکارگیری محلول‌های الکترولیت گوناگون نشان داده شده که چنین باتری‌ای تنها توانا است ولتاژ ۵/۰ ولت را فرآوری کند. جریان الکتریکی به دست آمده از این باتری هم در نزدیک چند میلی آمپر است.

 

پیل سوختی چیست؟

پیل سوختی مانند یک باطری کار می کند اما بر خلاف باطری مادامی که به آن سوخت رسانده شود، از کار نمی افتد و به شارژ مجدد احتیاج ندارد و انرژی را بصورت الکتریسیته و گرما تولید خواهد کرد.پیلهای سوختی ابزارهای الکتروشیمیایی هستند که انرژی شیمیایی یک واکنش را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند . ساختار فیزیکی و بنیادی یا مصالح ساختمانی پیل سوختی از یک لایه الکترولیت تشکیل شده که با یک کاتد و آند منفذ دار در هر طرف در تماس است.

 

یک سیستم پیل سوختی شامل یک Fuel Reformer می تواند هیدروژن را از یک سوخت هیدروکربنی مانند گاز طبیعی،متانول و حتی بنزین تهیه کند. چون پیل سوختی بر اساس شیمی کار می کند نه احتراق، خروجیهای چنین سیستمی خیلی کمتر از تمیزترین فرایندهای احتراق سوختی می باشد.

در یک پیل سوختی معمولی سوختهای گازی به طور پیوسته به قطعه آند (الکترود منفی) و یک اکساینده (مثلا اکسیژن هوا) به قطعه کاتد (الکترود مثبت) مرتبا خورانده میشود.واکنشهای الکتروشیمیایی در الکترودها رخ می دهد تا جریان الکتریکی تولید کند. هر چند پیل سوختی اجزا و خصوصیاتی شبیه به باتری معمولی دارد اما از چند جهت متفاوت است. باتری ابزار ذخیره انرژی است. بیشترین انرژی موجود توسط مقدار واکنش دهنده های شیمیایی ذخیره شده درون خود باتری تعیین می گردد. باتری تولید انرژی الکتریکی را متوقف خواهد کرد وقتیکه واکنش دهنده های شیمیایی مصرف )تخلیه ( شوند.

در باطری های نسل دوم ماده واکنش دهنده با شارژ مجدد، دوباره احیا می‌شود که این عمل مستلزم تأمین انرژی از یک منبع خارجی است. در این حالت نیز انرژی الکتریکی ذخیره شده در باطری محدود و وابسته به میزان ماده واکنش دهنده در آن خواهد بود.

گاز‌ اکسید کننده نظیر هوا یا اکسیژن خالص در الکترود کاتد که با صفحه الکترولیت در تماس است جریان پیدا می‌‌کند و با اکسیداسیون الکتروشیمیایی سوخت که معمولاً هیدروژن است و با احیاء اکسید کننده انرژی شیمیایی گازهای واکنش‌گر به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

 

گاز‌ اکسید کننده نظیر هوا یا اکسیژن خالص در الکترود کاتد که با صفحه الکترولیت در تماس است جریان پیدا می‌‌کند و با اکسیداسیون الکتروشیمیایی سوخت که معمولاً هیدروژن است و با احیاء اکسید کننده انرژی شیمیایی گازهای واکنش‌گر به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

از نظر تئوری، هر ماده‌ای که به صورت شیمیایی قابل اکسید شدن باشد و بتوان آن را به صورت پیوسته (به صورت سیال) به پیل‌سوختی تزریق کرد، می‌تواند به عنوان سوخت در الکترود آند پیل‌سوختی مورد استفاده قرار گیرد. به طور مشابه ماده اکسید کننده سیالی است که بتواند با نرخ منا‌‌سبی احیا شود.

گاز هیدروژن به دلیل تمایل واکنش دهندگی بالا به همراه چگالی انرژی بالا به عنوان سوخت ایده‌آل در پیل‌سوختی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هیدروژن را می‌توان از تبدیل هیدروکربن‌ها از طریق واکنش ‌کاتالیستی، تولید و به صورتهای گوناگون ذخیره سازی‌کرد. اکسیژن مورد نیاز در پیل‌سوختی به طور مستقیم از هوا تهیه می‌شود. بر روی سطح الکترودهای آند و کاتد پیل‌سوختی واکنش اکسیداسیون و احیاء در ناحیه سه فازی (و در صورت جامد بودن الکترولیت دو فازی) نزدیک سطح مشترک واکنش دهنده‌ها، کاتالیست و الکترولیت صورت می‌گیرد. این ناحیه سه فازی نقش مهمی در عملکرد الکتروشیمیایی پیل‌سوختی به ویژه پیل‌های‌سوختی با الکترولیت مایع دارد. در اینگونه پیل‌های‌سوختی، گازهای واکنش دهنده از میان یک لایه نازک از الکترولیت که سطح الکترودهای متخلخل را پوشانده است عبور کرده و واکنش الکتروشیمیایی مناسب روی سطح الکترود مربوطه انجام می‌شود. چنانچه الکترود متخلخل حاوی مقادیر بیش از حد الکترولیت باشد الکترود در اصطلاح غرق  (flood) شده و به این ترتیب انتقال واکنشگرهای گازی محلول در الکترولیت به مکان‌های واکنش محدود می‌شود. در نتیجه عملکرد الکتروشیمیایی الکترود متخلخل تضعیف می‌شود لذا ضروری است که در ساختار الکترودهای متخلخل یک تعادل مناسب بین الکترود، الکترولیت و فاز گازی ایجاد شود.

تلاش‌های اخیر جهت بهبود عملکرد واکنش الکترو‌شیمیایی، کاهش هزینه‌های تولید، کاهش ضخامت اجزای پیل‌سوختی و در عین حال اصلاح و بهبود ساختار الکترودها و فاز الکترولیت متمرکز شده است. الکترولیت با هدایت یون‌ها بین الکترودها سبب تکمیل مدار الکتریکی پیل‌سوختی می‌شود. الکترولیت یک مانع فیزیکی بین سوخت و گاز اکسیژن ایجاد می‌کند و مانع اختلاط مستقیم آنها می‌شود. وظیفه صفحات الکترود متخلخل در پیل‌سوختی شامل موارد زیر است:

۱ـ ایجاد یک سطح فعال و مناسب که واکنش های الکتروشیمیایی روی این سطوح انجام می‌شود.

۲ـ هدایت یونهای حاصل از واکنش به داخل یا خارج از ناحیه تبادل سه فازی و انتقال الکترون‌های تولیدی به مدار خارجی (الکترودها باید هدایت الکتریکی خوبی داشته باشد).

برای افزایش سطح تماس واکنش دهنده‌ها با کاتالیست لازم است که ساختار الکترود، متخلخل بوده و میزان سطح در دسترس و پوشش داده شده توسط کاتالیست نسبت به حجم الکترود زیاد باشد. ساختار متخلخل، دسترسی راحت  اجزاء واکنش دهنده  به مراکز فعال را میسر می‌سازد.

نرخ واکنش‌های الکتروشیمی با افزایش دما افزایش پیدا می‌کند، لذا خاصیت کاتالیزوری ‌الکترودها در پیل‌های‌سوختی دما پایین از اهمیت بیشتری در مقایسه با پیل‌سوختی دما بالا برخوردار است. الکترودهای متخلخل باید در هر ‌دو طرف تماس با الکترولیت و گازهای واکنش‌دهنده، نفوذ‌پذیر باشند تا حدی که توسط الکترولیت اشباع نشده و بوسیله گازهای واکنش دهنده خشک نشوند.

 

 

 

مشخصات عمومی پیل های سوختی یا فیولسل ها

۱- فیولسل ها بدون سوخت بکار میروند بنابراین آلودگی ندارند .

۲- فیولسل قسمت متحرک ندارد کاملا ساکن و یک منبع قابل اطمینان است.

فیولسل تشکیل شده از:

۱-  آند یا همان  الکترود منفی

از آند برای دفع پرتون ها استفاده می شود.در واقع وظیفه آند در پیل های سوختی برای این است که هیدروژن در آند جاری میشود و پوشش پلاتین آندی به تفکیک گاز از  پرتونها (یون های هیدروژن) و  الکترونها کمک می کند.

۲- الکترود مرکزی

الکترود مرکزی که کنار فیولسل می باشد اجازه گذر پرتونها از طریق الکترولیت کاتد را  می دهد الکترونها نمی توانند از میان این الکترولیت گذر کنند بلکه از طریق مدار خارجی که به شکل جریان برق می باشد عبور میکنند که این جریان می تواند انرژی بار الکتریکی باشد مانند نور چراغ یا هر مصرف کننده دیگر.

۳-  کاتد ( الکترود مثبت برای جذب  پرتون ها )

اکسیژن از طریق کاتد فیولسل جاری می شود و پوشش پلاتینی دیگری که در این قسمت قرار دارد به اکسیژن پرتونها و الکترونهای ترکیبی برای تولید گرما و آب خالص کمک می کند. فیولسل می تواند متشکل از یک دسته(انباشته یا  طبقه) از فیولسل ها باشد که تعداد فیولسل ها تعیین کننده ولتاژ کلی پیل سوختی و  مساحت سطح آن پیل تعیین کننده جریان کلی پیل سوختی یا فیولسل می باشد و از ضرب جریان در ولتاژ میتوان توان تولیدی پیل سوختی یا همان فیولسل  را بدست آورد.

 

مزایا و معایب

مزایای پیل سوختی:

پیل سوختی آلودگی ناشی از سوزاندان سوختهای فسیلی را حذف نموده و تنها محصول جانبی آن آب می باشد.

  • در صورتیکه هیدروژن مصرفی حاصل از الکترولیز آب باشد نشر گازهای گلخانه ای به صفر می رسد.
  • بدلیل وابسته نبودن به سوختهای فسیلی متداول نظیر بنزین و نفت، وابستگی اقتصادی کشورهای ناپایدار اقتصادی را حذف می کند.
  • با نصب پیلهای سوختی نیروگاهی کوچک، شبکه غیرمتمرکز نیرو گسترده می گردد.
  • پیل های سوختی راندمان بالاتری نسبت به سوختهای فسیلی متداول نظیر نفت و بنزین دارد.
  • هیدروژن در هر مکانی از آب و برق تولید می گردد. لذا پتانسیل تولید سوخت، غیرمتمرکز خواهد شد.
  • اکثر پیلهای سوختی در مقایسه با موتورهای متداول بسیار بی صدا هستند.
  • انتقال گرما از پیلهای دما پایین بسیار کم می باشد لذا آنها را برای کاربردهای نظامی مناسب خواهد شد.
  • زمان عملکرد آنها از باتریهای متداول بسیار طولانی تر است. فقط با دو برابر نمودن سوخت مصرفی می توان زمان عملکرد را دو برابر نمود و نیازی به دو برابر کردن خود پیل نمی باشد.
  • سوختگیری مجدد پیلهای سوختی به راحتی امکان پذیر می باشد و هیچگونه اثرات حافظه ای بر جای نمی گذارد.
  • بعلت عدم وجود اجزای متحرک نگهداری از آنها بسیار ساده می باشد.
  • نصب و بهره برداری از پیل های سوختی بسیار ساده و مقرون به صرفه می باشد.
  • پیل های سوختی مدولار می باشند یعنی براحتی توان تولیدی از آنها قابل افزایش می باشد.
  • این مولدها قابلیت تولید همزمان برق و حرارت را دارند.
  • امکان استفاده از سوختهای تجدیدپذیر و سوختهای فسیلی پاک در آنها وجود دارد.
  • به میکروتوربین ها متصل می گردند.
  • پیل سوختی به تغییر بار الکتریکی پاسخ می دهد.
  • پیل سوختی امکان تولید برق مستقیم با کیفیت بالا را دارد.
  • دانسیته نیروی بالا دارد.

معایب پیل سوختی :

  • سوختگیری پیل های سوختی مشکل اصلی پیلهای سوختی است. تولید، انتقال، توزیع و ذخیره بعلت نبودن زیرساخت مناسب مشکل می باشد.
  • تبدیل هیدروکربن به هیدروژن از طریق مبدل هنوز با چالش هایی روبروست و هنوز فن آوری کاملاً پاک نمی باشد.
  • برد خودروهای پیل سوختی کوتاهتر و زمان سوختگیری و استارت زدن طولانی تری نسبت به خودروهای متداول دارند.
  • پیل های سوختی از باتریهای متداول سنگین تر هستند و محققین در پی کاهش وزن آنها
    می باشند.
  • تولید پیل سوختی بدلیل نداشتن خط تولید هنوز گران است.
  • برخی پیلهای سوختی از مواد گرانقیمت استفاده می کنند.
  • این فن آوری هنوز کاملاً توسعه نیافته و محصولات کمی از آن موجود است.

 

 

تصاویر فایل پروژه:

  

 

 

خرید آنلاین پروژه

کليک جهت خريد کالا ، به منظور پذيرش قوانين و مقررات سايت مي باشد .

 

  • فرمت فایل : Word –  تعداد صفحات : ۶۶ صفحه
  • حجم فایل :  کمتر از ۱ مگا بایت
  • برای دانلود مقالات و پروژه های بیشتر در گرایش قدرت اینجا کلیک کنید.

درصورت بروز مشکل در هنگام خرید با ایمیل زیر در ارتباط باشید.

ایمیل مدیریت پارسی برق : admin@parsibargh.com