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