تعریف و تاریخچه پیل سوختی

پیل سوختی چیست؟
پیل سوختی دستگاهی است که از طریق یک واکنش شیمیایی برق تولید می کند. همه پیل های سوختی دو قطب الکتریکی (الکترود) به نام آند و کاتد دارند.

در واقع، واکنش های شیمیایی در این الکترودها صورت می گیرد و منجر به تولید الکتریسیته می شود. علاوه بر این، هر پیل سوختی الکترولیت و کاتالیست نیز دارد؛ نقش الکترولیت جابه جایی ذرات باردار بین الکترودها است، در حالی که کاتالیست سرعت واکنش ها را در الکترودها افزایش می دهد.

با اینکه هیدروژن سوخت اصلی ورودی پیل محسوب می شود، برای شکل گرفتن واکنش، به اکسیژن نیز نیاز است.

یکی از بزرگ ترین جذابیت های پیل سوختی این است که الکتریسیته با کمترین میزان آلودگی تولید می شود.

در واقع، بیشترین میزان از اکسیژن و هیدروژن ورودی به پیل، در نهایت به شکل یک محصول فرعی بی خطر، یعنی آب، ترکیب خارج می شود.

عملاً، هر پیل سوختی مقدار خیلی کمی جریان مستقیم برق تولید می کند و به همین دلیل تعداد زیادی پیل در دسته های بزرگی که پشته یا استک (Stack) نامیده می شوند برای تولید برق مورد استفاده قرار می گیرند.

تاریخچه پیل سوختی:
علی رغم اینکه پیل سوختی از فناوری های نوین محسوب می شود، اما بیش از 150 سال موضوع آشنایی برای پژهشگران بوده است.

ویلیام رابرت گروو (William Robert Grove) در سال 1838 «پیل گروو» را ساخت که الکترودهای پلاتینی غوطه ور در سولفات روی داشت و 12 آمپر جریان با ولتاژ 1٫3 ولت تولید می کرد.

پیش از این نیز، ویلیام نیکلسون (William Nicholson) و آنتونی کارلیسل (Anthony Carlisle) فرایند استفاده از برق را برای جداسازی اکسیژن و هیدروژن شرح داده بودند، اما به گفته خود گروو، «ترکیب گازها برای تولید برق گامی بسیار دورتر از آنچه تا آن زمان پیموده بودند به نظر می رسید.»

کریستین شوباین (Christian Schönbein)، دوست گروو، که مکاتبات وی را نیز انجام می داد، به همراه گروو، نظریه شیمیایی را مورد بحث قرار دادند و پاگندروف نیز نظریه برخورد را مورد بررسی قرار داد تا در نهایت بخش هایی از عملکرد و تئوری واکاوی شد.

گروو با استفاده از نتایج این تحقیقات شاهکار خود را به اتمام رساند و اولین پیل سوختی را ساخت که «باتری گازی» نام گرفت.

فردریش ولیهلم اوستوالد (Friedrich Wilhelm Ostwald) یکی از بنیانگذاران شیمی فیزیک، درک زیادی از نحوه عملکرد پیل های سوختی فراهم کرد. در سال 1893 او به صورت تجربی ارتباط اجزای مختلف پیل را تشریح کرد:

الکترودها، الکترولیت، عوامل اکسیداسیون و کاهش، آنیون ها و کاتون ها. در واقع، اوستوالد در امتداد حرفه و تخصص خود که شرح ارتباط خواص فیزیکی و واکنش های شیمیایی بود، معمای باتری گازی گروو را حل کرد.

توضیحات او در مورد اصول شیمی نهفته در پیل سوختی، زمینه را برای کار محققان بعدی روی پیل سوختی فراهم کرد.