Pile cu Electrolit Acid Fosforic

CAP I. NOTIUNI GENERALE

I.1.PILE DE COMBUSTIE

Pilele de combustie sunt generatoare electrochimice capabile să convertească continuu energia chimică a unui combustibil în energie electrică şi termică în absenţa unei reacţii de combustie directă. Conversia energiei chimice în energie electrică se realizeaza pe baza unor reacţii electrochimice de oxidare care au loc în prezenţa unui combustibil gazos la anod şi de reducere în prezenţa unui oxidant (oxigenul din aer) la catod. Uzual se utilizează drept combustibil hidrogenul, dar se mai pot folosii: gaze naturale, oxid de carbon şi metanol.

Randamentul pilelor de combustie, teoretic apropiat de unitate, este de 2-3 ori mai mare decăt cel corespunzător motoarelor termice clasice; mai mult, funcţionarea lor este silenţioasă şi foarte puţin poluantă. Dacă se foloseşte hidrogenul drept combustibil, apa constituie singura emisie care rezultă la exploatarea pilei.

Deşi prima pilă de combustie a fost inventată în 1839 de W. R. Growe, evoluţia acestor dispozitive a luat amploare în cursul anilor 60 ca urmare a dezvoltării programelor spaţiale şi mai ales după 1980 când s-au impus programe de realizare a tehnologiilor “curate” în fabricarea energiei sau utilizarea autovehiculelor.

Intre timp, mai multe companii au lansat pe piata diferite tipuri de pile de combustie ce si-au demonstrat eficienta in diferite categorii de aplicatii.

Avantajele lor, evidentiate teoretic si practic ii fac pe unii specialisti sa considere ca ele reprezinta una dintre cele mai importante surse de energie ale viitorului. Principalele lor avantaje sunt: eficienta marita, poluare aproape nula, functionare silentioasa si fiabilitate mult mai mare decat a motoarelor cu ardere interna, datorata unui numar redus de componente mobile.

I.2.Principiul de funcţionare

Conversia electrochimică constă în transformarea directă în energie electrică a energiei chimice înmagazinată în diverse materiale active. Acest tip de conversie se numeşte directă datorită faptului că între forma iniţială şi cea finală de energie nu se interpune nici o altă formă intermediară. Sistemele indirecte de conversie a energiei conţin mai multe etape de transformare între care, în mod obligatoriu se regăseşte forma de energie termică sau mecanică.

Conversie directă a energiei elimină „veriga” energie termică sau mecanică realizând randamente superioare, care nu depind de randamentul limitat al maşinilor termice. Ideea de a obţine energie electrică prin conversia directă a energiei chimice a apărut atunci când s- a pus pro-blema desfăşurării si în sens invers a fenomenului de electroliză a apei (în urma căruia rezultă componentele acesteia), adică de a obţine curent electric în urma reacţiei dintre hidrogen si oxigen.

In anul 1801, Davy a realizat acest lucru utilizând carbonul drept combustibil şi acidul nitric drept oxidant. Cercetările au fost continuate de Ostwad, Nerst, Haber s.a. deoarece conversia directă a energiei chimice în energie electrică evită veriga energie termică şi, deci, randamentul de transformare nu va depinde de limitele Carnot.

Pilele de combustie pot fi încadrate în sistemele energetice de tip ,,soft'' datorită următoarelor caracteristici:

- produc curent electric continuu la tensiuni scăzute si intensităţi medii, care poate fi folosit direct de către utilizatorii finali;

- nu produc poluarea mediului;

- funcţionează liniştit, fără vibraţii sau zgomote, neavând elemente în mişcare etc.

Principial, energia eliberată la oxidarea combustibililor convenţionali, utilizată în general sub formă de căldură, poate fi convertită direct în energie electrică cu un randament excelent, într-o pilă de combustie.

Deoarece în aproape toate reacţiile de oxidare intervine un transfer de electroni între combustibil si oxidant, este evident că energia chimică de oxidare poate fi convertită direct în energie electrică. Se produce o reacţie de oxido- reducere în care are loc oxidarea combustibilului şi reducerea oxidantului cu o pierdere din partea unuia şi cu un câştig de electroni pentru celălalt.