سیلیس، ترکیبی از سیلیکون و اکسیژن، یک ماده رایج و همه کاره است که به صنایع مختلف راه پیدا کرده است. از تولید لاستیک تا الکترونیک، خواص منحصر به فرد سیلیس آن را به یک جزء ارزشمند تبدیل کرده است. به عنوان یک تامین کننده سیلیس، من از نزدیک نحوه استفاده از این ماده را در کاربردهای مختلف دیده ام. امروز، می‌خواهم به یکی از جدیدترین کاربردهای سیلیس بپردازم: در سلولهای سوختی.
آشنایی با پیل های سوختی
قبل از اینکه به نحوه تناسب سیلیس در تصویر بپردازیم، اجازه دهید به سرعت پیل های سوختی را بررسی کنیم. پیل‌های سوختی دستگاه‌هایی هستند که انرژی شیمیایی یک سوخت (معمولاً هیدروژن) و یک عامل اکسید کننده (معمولاً اکسیژن) را از طریق یک جفت واکنش ردوکس به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. آنها به نوعی شبیه باتری هستند، اما تا زمانی که سوخت و اکسیژن تامین می شود، شارژشان تمام نمی شود. آنها فوق العاده کارآمد هستند و آلودگی کمی تولید می کنند، به همین دلیل است که آنها به عنوان منبع انرژی پاک برای اتومبیل ها، خانه ها و حتی لوازم الکترونیکی قابل حمل مورد بررسی قرار می گیرند.
سیلیس در سلول های سوختی غشایی تبادل پروتون (PEMFC)
یکی از رایج ترین انواع پیل های سوختی، پیل سوختی غشایی تبادل پروتون (PEMFC) است. این پیل‌های سوختی در دمای نسبتاً پایین، معمولاً بین 60 تا 80 درجه سانتی‌گراد، کار می‌کنند و برای کاربردهایی مانند وسایل نقلیه الکتریکی محبوب هستند.
مدیریت رطوبت
سیلیس نقش مهمی در PEMFC ها در مدیریت رطوبت دارد. غشای مبادله پروتون در این پیل های سوختی باید هیدراته شود تا پروتون ها را به طور موثر هدایت کند. اگر غشاء خشک شود، عملکرد پیل سوختی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. سیلیس دارای خواص جذب آب عالی است. می تواند به عنوان یک مخزن رطوبت در پیل سوختی عمل کند. هنگامی که رطوبت در محیط پیل سوختی بالا باشد، سیلیس آب اضافی را جذب می کند. هنگامی که رطوبت کاهش می یابد، آب ذخیره شده را آزاد می کند و به نگه داشتن غشا در سطح مطلوب هیدراتاسیون کمک می کند. این کنترل رطوبت پایدار عملکرد پایدار و کارآمد PEMFC را تضمین می کند.
پشتیبانی کاتالیست
در PEMFC ها، کاتالیزورها برای سرعت بخشیدن به واکنش های شیمیایی در آند و کاتد استفاده می شوند. پلاتین یک کاتالیزور رایج است، اما گران است. سیلیس می تواند به عنوان یک ماده پشتیبانی برای این کاتالیزورها استفاده شود. سطح بالای سیلیس بستر بزرگی را برای چسبیدن ذرات کاتالیزور فراهم می کند. این نه تنها سطح موثر کاتالیزور را افزایش می دهد و فعالیت آن را افزایش می دهد، بلکه به پراکندگی یکنواخت ذرات کاتالیزور نیز کمک می کند. در نتیجه می توان از پلاتین کمتری استفاده کرد و در عین حال عملکرد کاتالیزوری بالا را حفظ کرد که می تواند هزینه پیل سوختی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
سیلیس در سلولهای سوختی اکسید جامد (SOFC)
سلولهای سوختی اکسید جامد (SOFC) در دماهای بسیار بالاتر، معمولاً بین 600 تا 1000 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند. آنها به خاطر راندمان بالا و توانایی خود در استفاده از انواع سوخت ها از جمله گاز طبیعی و بیوگاز معروف هستند.
مواد درزگیر
یکی از چالش های موجود در SOFC ها ایجاد آب بندی خوب بین اجزای مختلف برای جلوگیری از نشت گاز است. مواد مبتنی بر سیلیس اغلب به عنوان درزگیر استفاده می شوند. سیلیس را می توان به صورت یک ماده شیشه ای - سرامیکی فرموله کرد که دارای خواص آب بندی عالی در دماهای بالا است. می تواند چرخه حرارتی را که در هنگام راه اندازی و خاموش شدن پیل سوختی رخ می دهد بدون از دست دادن یکپارچگی آب بندی آن مقاومت کند. این برای حفظ کارایی و ایمنی SOFC بسیار مهم است.
افزودنی الکترولیت
الکترولیت در یک SOFC وظیفه هدایت یون های اکسیژن از کاتد به آند را بر عهده دارد. افزودن سیلیس به الکترولیت می تواند هدایت یونی آن را بهبود بخشد. سیلیس می تواند ساختار کریستالی مواد الکترولیت را اصلاح کند و مسیرهای بیشتری برای حرکت یون های اکسیژن ایجاد کند. این منجر به عملکرد کلی بهتر SOFC می شود و به آن اجازه می دهد الکتریسیته بیشتری را در دمای معین تولید کند.
سایر کاربردهای سیلیس در پیل های سوختی
لایه های انتشار گاز
در سلول های سوختی، از لایه های انتشار گاز برای توزیع یکنواخت سوخت و اکسیدان در الکترودها استفاده می شود. سیلیس را می توان در این لایه ها گنجاند تا آب گریزی آنها را بهبود بخشد. یک لایه انتشار گاز آبگریز به جلوگیری از تجمع آب در سطح کمک می کند، که می تواند جریان گاز را مسدود کرده و عملکرد پیل سوختی را کاهش دهد. با افزودن سیلیس، لایه انتشار گاز می تواند تعادل خوبی بین نفوذپذیری گاز و مدیریت آب حفظ کند.
عایق حرارتی
سلول های سوختی در حین کار گرما تولید می کنند و مدیریت صحیح این گرما بسیار مهم است. سیلیس خواص عایق حرارتی خوبی دارد. می توان از آن به عنوان یک ماده عایق در اطراف پشته پیل سوختی برای جلوگیری از اتلاف حرارت به محیط استفاده کرد. این نه تنها کارایی کلی پیل سوختی را با کاهش اتلاف انرژی بهبود می بخشد، بلکه به حفظ دمای عملیاتی پایدار نیز کمک می کند.
محصولات سیلیسی ما برای سلول های سوختی
ما به عنوان یک تامین کننده سیلیس، طیف وسیعی از محصولات سیلیسی با کیفیت بالا را ارائه می دهیم که برای کاربردهای پیل سوختی مناسب هستند. مواد سیلیسی ما به دقت مهندسی شده اند تا اندازه ذرات، مساحت سطح و خواص شیمیایی مناسبی داشته باشند تا نیازهای خاص انواع مختلف پیل سوختی را برآورده کنند. چه در حال کار بر روی PEMFC یا یک SOFC باشید، محصولات سیلیسی ما می توانند به شما کمک کنند تا عملکرد و قابلیت اطمینان پیل های سوختی خود را افزایش دهید.
اگر به کاربردهای دیگر سیلیکا علاقه مند هستید، می توانید محصولات دیگر ما را بررسی کنید:سیلیس برای تسمه های لاستیکی ماشین،رسوب سیلیس در تولید تایر، وپودر سیلیس هیدراته برای لاستیک سیلیکون فوم.
بیایید صحبت کنیم
اگر در صنعت پیل سوختی هستید و به دنبال تامین کننده قابل اعتماد سیلیکا هستید، مایلم از شما بشنوم. چه به نمونه هایی برای آزمایش در تحقیقات خود نیاز داشته باشید و چه برای سفارش در مقیاس بزرگ آماده باشید، ما اینجا هستیم تا از شما حمایت کنیم. برای شروع گفتگو در مورد اینکه چگونه محصولات سیلیسی ما می توانند در فرآیند تولید پیل سوختی شما قرار بگیرند، با ما تماس بگیرید.
مراجع
- "سیستم های سلول سوختی توضیح داده شده" توسط جیمز لارمینی و اندرو دیکس
- مجله منابع انرژی - مقالات مختلف در مورد مواد پیل سوختی و عملکرد
- مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی سلول های سوختی برای حمل و نقل