Post on 17-Jan-2016
Pile de combustie alcaline
Pilele de combustie sunt generatoare electrochimice capabile să convertească continuu
energia chimică a unui combustibil în energie electrică și termică în absenţa unei reacţii de
combustie directă. Conversia energiei chimice în energie electrică se realizează pe baza unor
reacţii electrochimice de oxidare care au loc în prezenţa unui combustibil gazos la anod și de
reducere în prezenţa unui oxidant (oxigenul din aer) la catod . Uzual se utilizează drept
combustibil hidrogenul, dar se mai pot folosi: gaze naturale, oxid de carbon și metanol.
Randamentul pilelor de combustie, teoretic apropiat de unitate, este de 2-3 ori mai mare decât cel
corespunzător motoarelor termice clasice; mai mult, funcţionarea lor este silenţioasă și foarte
puţin poluantă. Dacă se foloseste hidrogenul drept combustibil, apa constituie singura emisie
care rezultă la exploatarea pilei.
Pile de combustie alcaline este una dintre cele mai vechi soluţii tehnice pentru pile de
combustie; programul spaţial al Statelor Unite au folosit-o încă din anii 1960. Pilele de
combustie alcaline sunt susceptibile de contaminare, de aceea este nevoie de hidrogen şi oxigen
pure. De asemenea este foarte scumpă, de aceea acest tip de pilă de combustie nu este prea uşor
de comercializat.
Funcţionează pe bază de hidrogen comprimat şi oxigen. În general ele folosesc ca electrolit o
soluţie de hidroxid de potasiu (KOH) cu apă. Fac parte dintre cele mai eficiente pile de
combustie, având o eficienţă în jur de 70%, la o temperatură de operare intre 100 si 200ºC. Cu
toate că este nevoie de hidrogen şi oxigen pure, permit utilizarea unor catalizatori ieftini, precum
nichelul, datorita faptului ca utilizarea electrolitului alcalin (pH ridicat) deplasează potenţialul
electrochimic, reducând astfel potenţialul de activare.
Particularitatea acestei pile este că aici conducţia prin electrolit este în principal ionică, bazată pe
gruparea OH-, şi mai puţin protonică (H+).
Electrolitul este fixat într-o matrice de azbest sau este în stare lichida, caz in care este circulat în
permanenta prin pompare. O problema ce poate apare în acest caz, ca la orice recipient umplut în
permanenţă cu lichid, este că pot apărea scurgeri.
Schema de functionare a unei pile de combustie
O altă problemă serioasă cu care se confrunta acest tip de pilă, este vulnerabilitatea ridicată la
dioxidul de carbon din aer. Acesta reacţionează cu electrolitul, formând un precipitat de carbonat
de potasiu. De aceea, în exploatarea lor este necesara sărăcirea aerului in dioxid de carbon,
folosind epuratoare speciale.
Se construiesc pentru puteri de ieşire intre 300 W si 150 KW şi au densităţi energetice destul de
bune.
Pilele alcaline au fost folosite in navetele Apollo pentru a genera electricitate şi apă potabilă. În
prezent sunt folosite în general pentru aplicaţii fixe, dar au fost folosite şi pentru aplicaţii mobile.
Compania britanică Zevco produce astfel de pile de combustie, echipate cu epurator de aer,
pentru dotarea automobilelor; printre altele, Zevco a echipat o întreaga flota de taximetre cu
pilele sale şi acestea s-au dovedit fiabile.
Indelung folosite de N.A.S.A. în cadrul misiunilor spațiale, aceste cellule pot atinge un
randament de aproximativ 70%. Au fost folosite în cadrul misiunii Apollo pentru producerea de
curent electric şi apă potabilă. Temperatura de funcţionare este de aproximativ 150-200 de grade
Celsius. AFC foloseşte drept electrolit o soluţie apoasă de hidroxid de potasiu alcalin imersat
într-o matrice. Acest lucru reprezintă un avantaj deoarece reacţia la catod este mai rapidă în
electrolitul alcalin ceea ce înseamnă o mai mare performanţă. Până de curând erau considerate
mult prea costisitoare din punct de vedere economic pentru a putea fi folosite în aplicaţii
comerciale, dar câteva companii studiază metodele prin care costurile pot fi drastic reduse iar
flexibilitatea în exploatare crescută. In mod normal celulele alcaline produc între 300 watt şi 5
kW.
În prezent sunt folosite în general pentru aplicații fixe, dar au fost folosite și pentru aplicații
mobile. Compania britanică Zevco produce astfel de pile de combustie, echipate cu epurator de
aer, pentru dotarea automobilelor; printre altele, Zevco a echipat o întreagă flotă de taximetre cu
piele sale și acestea s-au dovedit fiabile.
Szécsi Csaba
Grupa 2742/2