پیل های سوختی هیدروژنی (Hydrogen Fuel Cell) یکی از جدیدترین تکنولوژی های به‌کاررفته در خودروهای برقی است که می تواند با استفاده از گاز هیدروژن، انرژی الکتریکی مورد نیاز موتور و یا موتورهای برقی به‌کاررفته در خودرو را تأمین کند.

یکی از چالش های مهم خودروهای برقی این است که در صورت تمام شدن شارژ باتری، مبدل انرژی‌ای در خودرو وجود داشته باشد تا با شارژ کردن باتری ها بتواند میزان پیمایش مسافت خودرو را افزایش دهد. در غیر این صورت باید برای این قبیل از خودروها در بسیاری از نقاط کشور ایستگاه های شارژ قرار داد و از طرفی دیگر، نیاز است باتری هایی با ظرفیت بالا نیز برای آن ها نصب شود.

به‌کارگیری و نصب چنین امکاناتی برای خودروهای برقی نیاز به صرف هزینه زیاد و همچنین فراهم کردن زیرساخت های فراوان در مسیرهای عبور و مرور دارد، اما راه جایگزین برای خودروهای برقی این است که یا آن ها را به یک موتور احتراقی درون سوز مجهز کنند (خودروهای هیبرید) و یا در آن ها از پیل های سوختی هیدروژنی استفاده شود تا از این طریق برق مورد نیاز باتری و موتور برقی تأمین شود.

بیش‌تر بخوانید:

خودروی هیبرید (Hybrid) چیست؟

تفاوت میان خودروهای هیبرید (Hybrids) و خودروهای تمام الکتریکی (Electronic Vehicles)

در این میان، به‌کارگیری موتورهای احتراقی برای خودروهایی که از تکنولوژی برقی بودن بهره می برند بسیار فراگیرتر است، اما در چند سال اخیر، خودروهایی به صورت محدود تولید شده اند که برای تولید انرژی الکتریکی در آن ها از پیل های سوختی هیدروژنی استفاده می شود و به این دلیل به این خودروها FCEV (Fuel Cell Electric Vehicl ) می گویند.

پیل سوختی هیدروژنی چیست؟

پیل های سوختی هیدروژنی دستگاه هایی هستند که می توانند طی یک واکنش الکتروشیمیایی و بدون این که احتراقی صورت گیرد الکتریسیته تولید کنند. در این دستگاه ها هیدروژن و اکسیژن با هم ترکیب می شوند، در اثر این ترکیب، الکتریسیته، گرما و آب تولید می شود. به‌کارگیری از این دستگاه ها مخصوص خودروها نیست و از آن ها می توان در هر مکانی که نیاز به انرژی الکتریکی است استفاده کرد.

پیل های سوختی هیدروژنی (Hydrogen Fuel Cell) چگونه کار می کنند؟

این دستگاه ها از سه بخش اصلی آند (anode)، کاتد (cathode) و لایه الکترولیت (electrolyte membrane) تشکیل شده اند، که برای عملکرد آن، هیدروژن را از آند و اکسیژن را از کاتد عبور می دهند. در قسمت آند، هیدروژن ها به دو قسمت الکترون و پروتون تقسیم می شوند، در این زمان پروتون ها از مسیر متخلخل الکترولیتی عبور می کنند و به کاتد حاوی اکسیژن می رسند. از طرفی دیگر، الکترون های باقی مانده به مدار الکتریکی متصل به آند وارد می شوند و از این طریق پیل های سوختی، انرژی الکتریکی تولید می کنند.

در طی تولید انرژی الکتریکی، در قسمت آند گرما نیز تولید می شود و در قسمت کاتد، که در انتهای مسیر الکتریسیه قرار دارد، پروتون ها، الکترون های جریان یافته و اکسیژن با هم ترکیب می شوند و در نهایت، آب تولید می شود.

باید بدانید یک عدد پیل سوختی نمی تواند انرژی مورد نیاز برای یک خودروی الکتریکی را تأمین کند، به همین دلیل، آن ها را به صورت سری چندصد بار تکرار می کنند تا مجموعه آن ها قابلیت تولید الکتریسیته مورد نیاز خودرو را داشته باشد. به مجموعه پیل های سوختی که در کنار هم قرار می گیرند Fuel Cell Stack می گویند که به معنی انباشت پیل های سوختی است.

بنابراین فرآورده های پیل های سوختی هیدروژنی عبارتند از الکتریسیته، آب و گرما. از طرفی، به علت نبودن قطعات دوار و مکانیکی در این دستگاه ها عملکرد آن ها کاملاً بدون سر و صدا صورت می گیرد.

مزایای پیل های سوختی هیدروژنی چیست؟

۱- پاک بودن

به دلیل عدم به‌کارگیری سوخت های فسیلی در این دستگاه ها و همچنین تولید فرآورده هایی مانند آب و گرما، می توان برداشت کرد که این دستگاه ها تقریباً آلایندگی خاصی برای محیط زیست ندارند و جزو تکنولوژی های سبز محسوب می شوند.

۲- عملکرد بدون سر و صدا

به علت عدم به‌کارگیری قطعات دوار مکانیکی در این دستگاه ها، صدایی حین عملکرد آن ها به گوش نمی رسد.

۳- قابلیت اعتماد بالا

یکی دیگر از فواید عدم به‌کارگیری قطعات مکانیکی این است که احتمال خرابی و بروز مشکل در پیل های سوختی هیدروژنی پایین می آید و قابل اعتمادتر هستند.

۴- بازده بالا

به دلیل عملکرد دستگاه بر پایه واکنش های الکتروشیمیایی و نبود پدیده احتراق برای تبدیل انرژی، بازده پیل های سوختی بسیار بالاست و از طرفی دیگر، می توان با بهره بردن از گرمای تولیدشده دستگاه توسط مبدل های حرارتی، میزان بازده آن را بیش تر از پیش کرد.

۵- قابلیت به‌کارگیری سوخت های مختلف

پاک ترین پیل سوختی با هیدروژن کار می کند، اما این پیل ها قابلیت این را دارند تا با سوخت های دیگری مانند گاز طبیعی، بایو گاز و متانول که فراوان تر و در دسترس تر هستند کار کنند تا در شرایط بحرانی و در نبود هیدروژن بتوان از این گازها برای پیل ها بهره برد. 

۶- طول عمر زیاد

این پیل ها مانند باتری های لیتیومی به مرور فرسوده نمی شوند و می توانند تقریباً در طول عمر خودرو سالم باقی بمانند.

معایب پیل های سوختی هیدروژنی چیست؟

۱- کمبود ایستگاه های شارژ هیدروژن

نبود ایستگاه های شارژ هیدروژن در بیش تر نقاط دنیا و یا کمبود میزان آن ها یکی از بزرگ ترین مشکلات برای خودروهای FCEV است.

۲- خطر حمل مخازن هیدروژن

حمل هیدروژن می تواند بسیار خطرناک و استعمال زا باشد، به همین دلیل، برای حمل آن نیاز به به‌کارگیری مخازن ضخیم و محکم است که برای سازنده گران تمام می شود و از طرفی دیگر، به همین دلیل است که انتقال هیدروژن به ایستگاه های پمپ می تواند بسیار خطرناک باشد.

۳- آلایندگی ناچیز برای تولید هیدروژن

برای تولید هیدروژن از آب نیاز است جریان الکتریسیته از آن عبور کند و تولید چنین جریانی نیاز به سوزانده شدن سوخت های فسیلی دارد، از این رو، به کارگیری از این سوخت برای خودروها چندان هم بدون آلایندگی نیست.

محمد جبارزاده شیاده

پایگاه خبری اسب بخار