Pile de Combustie

Capitolul 1

Aspecte teoretice privind construcţia şi funcţionarea pilelor de

combustie

Aşa cum se observă în ultima perioadă, una din direcţiile alternative de obţinere a energiei electrice o constituie conversia electrochimică, adică transformarea directă nepoluantă şi silenţiosă, a energiei chimice conţinute într-o varietate de substanţe, în cea mai avantajoasă formă de energie, energia electrică. Acest process de conversie are loc în aparate şi dispozitive numite generic Surse sau Pile Electrochimice de Energie Electrică. (Pile de combustie).

Bateriile constau dintr-un număr de pile electrice conectate între ele, de obicei pentru a produce o tensiune electrică mai mare decât o singură pilă electrică. In mod greşit, unii numesc baterii şi pile electrice simple.

Broaştele moarte au condus la inventarea pilelor şi bateriilor electrice. în 1786, omul de ştiinţă italian Luigi Galvani a descoperit că broaştele disecate se contractau când le atingea cu bisturiul său. Apoi din întâmplare el a descoperit că picioarele puteau fi făcute să se mişte doar prin atingerea lor de metal. Galvani era pus în încurcătură în ceea ce privea natura acestui fenomen, şi sursa lui.

Răspunsul a fost dat în anii 1790 de omul de ştiinţă italian Alessandro Volta. Picioarele broaştelor se contactaseră deoarece lichidele din interiorul lor reacţionau la contactul cu două metale diferite: alama şi fierul. Această combinaţie forma o pilă electrică simplă şi curentul produs de aceasta făcea să se contracte muşchii picioarelor broaştei.

Volta a făcut apoi o pilă electrică punând o hârtie umedă între discuri de cupru şi zinc. Această pilă era extrem de slabă, dar Volta a conceput curând pile şi baterii practice. Una dintre baterii constă dintr-o coloană de pile electrice făcute din plăci de zinc şi argint cu separatoare de hârtie îmbibate în saramură. Acest tip de baterie se numea pilă voltaică.

Figura 1.1 Pilă de combustie Volta

După realizarea pilei Volta, această sursă de energie a fost utilizată de către Nicholson şi Carlisle la descompunerea apei în hydrogen şi oxygen, iar de către Davy, în 1307. la descompunerea alcaliilor, Danieli şi Faraday au continuat în mod strălucit experimentele în domeniul acestor surse noi de energie, în prima jumătate a veacului trecut.

Pila de combustie (fuell- FC) este una dintre cele mai promiţătoare tehnologii de producere a energiei în viitorul apropiat, datorită randamentului ridicat şi emisiilor reduse :s-au realizat pile cu emisii chimice zero, iar utilizarea în cogenerare permite şi reducerea emisiei de căldură.

Fig.1.2 Pila de combustie de astăzi

Pi ie de combustie Inventată acum peste 160 de ani, utilizată (curent) din anii '60 ai secolului trecut în programele spaţiale, încercată în utilizarea terestră (de ex. Tractor cu pilă de combustie ) în anii '60 ai secuiului trecut, ea a intrat ( definitiv ) în atenţia energeticienilor în anii '90 ai secolului trecut, ca alternativă a sistemelor clasice de producere a energiei electrice şi căldurii.

Din multele şi gravele probleme ale omenirii, două, de importanţă capitală şi care îi privesc termoenergeticienii (şi nu numai ) din întreaga lume, pot fi rezolvate în bună parte de către pila de combustie:

- economisirea resurselor energetice (prin creşterea eficienţei în producerea energiei);

- protejarea mediului ambiant (prin reducerea emisiilor).

Posibilităţile de utilizare sunt practic nelimitate: la sol, în aer (şi spaţiul cosmic), pe (şi sub) apa - în cele mai diverse domenii, pentru producerea energiei electrice şi căldurii. Ele echipează actualmente autobuze, maşini comerciale, maşini utilitare, trenuri, bănci, avioane, scutere, chiar şi biciclete; există semnalizări de autostrade echipate cu pile de combustie. Se găsesc pe piaţă mini pile pentru telefon, laptop şi aparatură electronică. Spitale, bănci, staţii de poliţie ce utilizează pentru alimentarea cu energie. Staţii de tratare a apelor uzate şi gunoiului utilizează pile pentru valorificarea gazelor combustibile degajate. Aceasta a fost aleasă ca sursă de energie pentru programul spaţial, fiind mai puţin costisitoare ca cea nucleară sau solară; în plus ea poate furniza şi apa .

în lucrare sunt prezentate atât modelări ale pilelor de combustie cat şi numeroase aplicaţii care au trecut din stadiul de proiect la materializarea propriu-zisă, fiind sau urmînd a fi comercializate.

1.1 Definirea pilei de combustie şi tipuri constructive

l.l.A) Originile pilei de combustie

în ciuda aspectului său extrem de modern, pila de combustie este cunoscută de peste 160 de ani. Deşi a fost considerată o curiozitate în anii 1800, a devenit subiectul unor cercetări intense în timpul anilor 1900.

William Robert Grove (1811-1896)

William Robert Grove (1811-1896) a cunoscut succesul în anul 1838 datorită descoperirii 'celulei Grove', aşa cum a fost numită ulterior. Aceasta constă într-un electrod de platină scufundat în acid nitric şi un electrod de zinc scufundat în sulfat de zinc, reuşind să genereze 12A la 1,8 V.

în cursul experimentelor sale, Grove a arătat că este nevoie atât de hidrogen cît şi de oxigen pentru a putea produce curent. Cu toate acestea multe din întrebările sale au rămas fără răspuns deoarece nu dispunea de ştiinţa şi echipamentele necesare.