سلول سوختی الکالاین

سلول سوختی آلکالاین. سلول سوختی آلکالاین ( انگلیسی: Alkaline fuel cell ) که به نام مخترعش، فرانسیس بیکن، سلول سوختی بیکن ینز نامیده می شود، یکی از پیشرفته ترین تکنولوژی های سلول های سوختی است. ناسا در اوایل دهه ۶۰ اقدام به استفاده از این سلول های سوختی در سری ماموریت های آپولو و نیز شاتل های فضایی نموده است. سلول سوختی آلکالاین با مصرف کردن هیدروژن و اکسیژن خالص تولید آب قابل شُرب، گرما و الکتریسیته می کند. این نوع سلول های از پربازده ترین انواع سلول های سوختی هستند که گاهی توانایی رسیدن به میزان ۷۰٪ را نیز دارند.
این سلول سوختی از طریق یک واکنش اُکسایش کاهش بین هیدروژن و اکسیژن تولید قدرت می کند. . در آند، واکنش اکسید شدن هیدروژن به صورت زیر است:
2 H 2 + 4 O H − ⟶ 4 H 2 O + 4 e −
این واکنش به تولید آب و آزاد شدن دو الکترون منجر می شود. این الکترون های آزاد، سپس در یک مدار خارجی قرار گرفته و به کاتد بازمی گردند تا در آنجا مطابق واکنش زیر اکسیژن تولید کنند:
O 2 + 2 H 2 O + 4 e − ⟶ 4 O H −
یون های هیدروکسید نیز از محصولات واکنش بالا هستند. در انجام این دو واکنش به طور خالص برای تولید یک مولکول آب، یک اتم اکسیژن و و دو اتم هیدروژن مصرف می شوند. گرما و الکتریسیته نیز به عنوان فراورده های این فرایند آزاد می شوند.
دو الکترود توسط ماده ای متخلخل که با یک محلول آلکالاین مایع نظیر پتاسیم هیدروکسید ( KOH ) اشباع شده است، از هم جدا شده اند. محلول مایع آلکلالاین، دی اکسید کربن ( CO2 ) را حل می کند؛ بنابراین سلول سوختی ممکن است طی فرایند تبدیل KOH به پتاسیم کربنات ( K2CO3 ) اصطلاحاً «مسموم» بشود. به همین دلیل در سلول های سوختی آلکالاین از اکسیژن خالص یا هوای خالص استفاده می شود تا کربن دی اکسید موجود تا جای ممکن زدوده شود. به دلیل قطعات و لوازمی که برای تولید و نگهداری اکسیژن نیاز است، سلول های سوختی اکسیژن خالص عموماً قیمت بالایی دارد. در حال حاضر کمپانی های کمی به توسعه فعال این تکنولوژی می پردازند. البته اکنون برخی از محققان به بحث در خصوص دایمی یا قابل بازگشت بودن مسمومیت مشغول هستند. سازوکار اصلی مسمومیت، مسدود شدن غیرقابل بازگشت حفره های کاتد توسط K2CO3 و نیز کاهش رسانش یونی الکترولیت است که البته با بازگرداندن KOH به غلظت اصلیش قابل بازگشت است. روش دیگر، جایگزین کردن KOH است که سلول را به حالت خروجی اولیه اش بازمی گرداند. وقتی دی اکسید کربن با الکترولیت ها واکنش می دهد، کربنات ها تولید می شوند. کربنات ها می توانند روی حفره های الکترود رسوب کنند که در نهایت منجر به مسدود شدن آن ها می شود. تحقیقات نشان داده است که سلول های سوختی آلکالاین اگر در دمای بالا کار کنند، کاهشی در عملکرد از خود نشان نمی دهند؛ این در حالیست که کار کردن در دمای اتاق کاهش شدید عملکرد را برای این سلول ها دربردارد. مسمومیت ایجاد شده به وسیله کربنات ها در دمای اتاق، عموماً به خاطر انحلال پذیری کم K2CO3 در دمای اتاق می باشد که به رسوب کردن K2CO3 می انجامد که دلیل اصلی مسدود شدن حفره های الکترودهاست. علاوه بر این، این رسوب به مرور زمان باعث کاهش آب گریزی لایه زیری الکترود می شود که به تضعیف ساختار و شارش الکترودی می انجامد.