Pilă de combustie

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Sari la navigare Sari la căutare
Schema simplificată a unei pile de combustie pe bază de hidrogen

O pilă de combustie este un sistem electrochimic care convertește energia chimică în energie electrică furnizată într-un circuit electric folosind reacția de oxidare electrochimică a unui combustibil, în contrast cu reacția de ardere cu flacără a combustibilului a cărei energie nu poate fi captată într-un circuit electric.

Combustibilul (sursa de energie) este situat la anod, iar la catod se află oxidantul.

Spre deosebire de baterie, care este un sistem închis, pila consumă combustibilul de la anod prin oxidare electrochimică generând curent electric continuu de joasă tensiune.

O pilă de combustie are un anod, un catod și un electrolit. Ea este alimentată cu un combustibil și cu aer. Oxigenul din aer, necesar arderii combustibilului, este ionizat la catod. Ionii migrează apoi în electrolit pentru a ajunge la anod unde se produce oxidarea combustibilului.

Avantajele utilizării sistemelor energetice pe bază de pile de combustie sunt:

  • produc curent electric continuu la tensiuni scăzute și intensități medii;
  • nu produc poluarea mediului ambiant;
  • funcționează fără vibrații sau zgomote, neavând elemente în mișcare.

Eficiența[modificare | modificare sursă]

Eficiența sau randamentul pilelor este superior turbogeneratoarelor prezente în centralele electrice[1]. Se calculează folosind entalpia și entalpia liberă ale reacției de oxidare a hidrogenului: (ΔG = −237.13 kJ/mol ΔH = −285.84 kJ/mol).

Energia electrică maximă furnizată de o pilă e dată de entalpia liberă a reacției de oxidare sau altfel spus entalpia de reacție cu excepția termenului entropic.

Valoarea teoretică a randamentului izoterm este:

Poate depăși 80%.

Randamentul electric practic raportează energia electrică efectiv obținută Wel la entalpia de reacție electroactive din pilă sau altfel exprimat e raportul dintre Wel (sau tensiunea electrică în sarcină E) și energia electrică maximă Wmax (sau tensiunea electromotoare E0 corespunzătoare energiei electrice maxime) ori randamentul izoterm:

Funcționare (reacții de electrod)[modificare | modificare sursă]

Procesele cinetice ireversibile asociate unei pile de combustie constau într-o serie de reacții redox (de reducere/oxidare). În pilă, combustibilul A, de exemplu hidrogenul, este adsorbit pe suprafața anodului poros, unde este disociat în ioni și electroni într-un proces de oxidare. Ionii de combustibil migrează prin electrolit la anod la catod, unde se întâlnesc cu electronii (veniți prin circuitul electric exterior) și oxidantul B. Are loc reacția de reducere, rezultând un produs de reacție (apă, dacă combustibilul este hidrogenul).

În timpul funcționării, electrozii nu suferă nicio modificare structurală, ei servind doar ca suport pentru reacție. La anod are loc oxidarea catalitică a hidrogenului atomic, iar la catod reducerea catalitică a oxigenului atomic. Fenomenul de oxidare și reducere catalitică are loc în regim trifazic (gaz—lichid—solid) la suprafața catalizatorului conform reacției globale:

H2 + 1/2 O2 → H2O

Vezi și[modificare | modificare sursă]

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ Rădoi (1981), p. 51-53

Bibliografie[modificare | modificare sursă]

  • I. Ștefănescu ș.a. Pile de combustibil - între teorie și practică, Editura Conphys, Rm. Vâlcea, 2010
  • Gabriel L. Pavel, Modelarea pilelor de combustie de tip PEMFC, 2009
  • D. Constantinescu, D.I. Văireanu, Tehnologia proceselor electrochimice, Printech București, 2000
  • S. Muscalu, V. Platon, Pile de combustie, Editura Tehnică, București 1989
  • I. G. Murgulescu, O. M. Radovici Introducere în chimia fizică, vol IV, "Electrochimia" Editura Academiei, București, 1986, p. 54-55
  • A. Rădoi, Electromobilul, Editura Tehnică, București, 1981
  • L. Oniciu, Conversia electrochimică a energiei, Editura tehnică 1977
  • L. Oniciu, Pile de combustie, Editura Dacia 1971

Legături externe[modificare | modificare sursă]