مروری بر پیل‌های سوختی پلیمری

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی آبادان، گروه مهندسی شیمی، آبادان، ایران

2 پژوهشگاه رنگ

چکیده

پایان­یافتن سوخت‌های فسیلی، آلایندگی زیست‌محیطی آن­ها و وابستگی شدید بشر به این نوع از سوخت­ها باعث شده تا تولید انرژی پاک و پایدار به یکی از مهم‌ترین مسائل در تأمین انرژی آینده بشر تبدیل شود. این مسئله پژوهشگران بسیاری را بر آن داشته است که به­دنبال جست­وجوی منابع جدید و پایدار انرژی باشند. در کنار انرژی‌های خورشیدی، بادی، زمین‌گرمایی و زیست‌توده، انرژی حاصل از پیل­های سوختی نیز اهمیت فراوانی یافته است. پیل‌های سوختی فناوری جدیدی برای تولید انرژی هستند که بدون ایجاد آلودگی‌های زیست‌محیطی و صوتی، از ترکیب مستقیم بین سوخت و اکسنده، انرژی الکتریکی با بازدهی زیاد تولید می‌کنند. در حال حاضر، معروف‌ترین پیل سوختی، نوع هیدروژنی است که از واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، آب، گرما و جریان برق تولید می‌شود. پیل‌های سوختی شامل سه بخش اصلی کاتد، آند و الکترولیت هستند. الکترولیت‌ها نقش مهمی در پیل سوختی دارند و اجازه عبور یون‌ها را با گزینش­پذیری لازم در پیل می‌دهند. در سال‌های اخیر، استفاده از پلیمرها به­عنوان الکترولیت در ساخت پیل‌های سوختی هیدروژنی متداول شده است که به پیل‌های سوختی پلیمری معروف هستند. با توجه به پیشرفت‌های انجام­گرفته در زمینه پیل‌های سوختی پلیمری و پلیمرهای خاص به­کاررفته در آن­ها، این مقاله قصد دارد به ساختار کلی پیل‌های سوختی هیدروژنی با تاکید بر ساختار پلیمری بپردازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Review of Polymer Fuel Cells

نویسندگان [English]

  • Jamal Mohammadian 1
  • Behzad Shirkavand Hadavand 2
1 Department of Chemical Engineering, Islamic Azad University, Abadan, Iran
2 Institute for Color Science and Technology
چکیده [English]

E xhaustion of fossil fuels, their environmental pollution, and human dependence on
this type of fuel have made the production of clean and sustainable energy, one of the
greatest issues in providing human energy in the future. This has led many researchers to
seek new clean and sustainable sources of energy. In addition to solar, wind, geothermal
and biomass energy, fuel cell energy is also become very important. Fuel cells are a new
technology for generating energy that produces high-efficiency electrical energy through
direct reaction between fuel and oxidizer without creating environmental and noise
pollution. Currently, the most popular fuel cell is the hydrogen type, which is produced
water, heat, and electricity by the reaction between hydrogen and oxygen. Fuel cells consist
of three main parts: a cathode, an anode, and an electrolyte. Electrolytes play an important
role in the fuel cell and allow ions to pass through the cell with the necessary selectivity. In
recent years, polymers have been used as electrolytes in the manufacture of conventional
hydrogen fuel cells, known as polymer fuel cells. Given the advances made in the field of
polymer fuel cells and the specific polymers used in them, this paper intends to address the
general structure of hydrogen fuel cells with emphasis on the polymer structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • energy production
  • clean energy
  • hydrogen fuel cell
  • polymer fuel cell
  • polymer electrolyte
1. Abderezzak B., Introduction to Hydrogen Technology, Introduction to Transfer Phenomena in PEM Fuel Cell,
Elsevier, USA, 1-51, 2018.
2. Wang Y., Chen K.S., Mishler J., Cho S.C., and Adroher X.C., A Review of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells:
Technology, Applications, and Needs on Fundamental Research, Appl. Energy, 88, 981-1007, 2011.
3. Kreuer K.D., Fuel Cells, Springer, New York, Chapter 1, 2013.
4. Breeze P., Fuel Cells, Academic, Chapter 3, 23-32, 2017.
5. Das D., Microbial Fuel Cell, Springer, Chapter 2, 21-41, 2018.
6. Wang Y., Ruiz Diaz D.F., Chen K.S., Wang Z., and Adroher X.C., Materials, Technological Status, and Fundamentals of
PEM Fuel Cells-A Review, Mater. Today, 32, 178-203, 2019.
7. Zhang J., Zhang H., Wu J., and Zhang J., PEM Fuel Cell Testing and Diagnosis, Book Aid International, Chapter 1, 1-42, 2013.
8. Xing L., Shi W., Su H., Xu Q., Das P.K., Mao B., and Scott K., Membrane Electrode Assemblies for PEM Fuel Cells:
A Review of Functional Graded Design and Optimization, Energy, 177, 445-464, 2019.
9. Matulic N., Radica G., Barbir F., and Nizetic S., Commercial Vehicle Auxiliary Loads Powered by PEM Fuel Cell, Int. J.
Hydrog. Energy, 44, 10082-10090, 2019.
10. Wei S., Sun W., Zhang W., Su H., Leung P., Xing L., Xu L. et al., Improving Cell Performance and Alleviating
Performance Degradation by Constructing a Novel Structure of Membrane Electrode Assembly (MEA) of Dmfcs, Int. J.
Hydrog. Energy, 44, 32231-32239, 2019.
11. Sudhakar Y.N., Selvakumar M., Biopolymer Electrolytes Fundamentals and Applications in Energy Storage, Elsevier,
151-166, 2018.
12. Mohan S.V., Varjani S., and Pandey A., Microbial Electrochemical T echnology, E lsevier, 143-194, 2019.
13. Kilner J.A. and Skinner S.J., Functional Materials for Sustainable Energy Applications, Woodhead, 312-369, 2012.
14. Liu C., Wang X., Xu J., Wang C., Chen H., Liu W., Chen Z. et al., PEMs with High Proton Conductivity and Excellent
Methanol Resistance Based on Sulfonated Poly (aryl ether ketone sulfone) Containing Comb-Shaped Structures for
DMFCs Applications, Int. J. Hydrog. Energy, 45, 945-957, 2020.
15. Yu H., Hebling C., and Revathi S., Fuel Cells: Microsystems, Reference Module in Materials Science and Materials
Engineering, Elsevier, 1-13, 2016.
16. Hussain C.M., Handbook of Nanomaterials for Industrial Applications Micro and Nano Technologies, Elsevier, 757-
761, 2018.
17. Winie T., Arof A.K., and Thomas S., Polymer Electrolytes Characterization Techniques and Energy Applications, Wiley-
VCH, USA, 2020.
18. Sequeira C. and Santos D., Polymer Electrolytes Fundamentals and Applications, Woodhead, Chapter 8, 314-337, 2010.
19. Smitha B., Sridhar S., and Khan A.A., Solid Polymer Electrolyte Membranes for Fuel Cell Applications-A Review,
J. Membr. Sci., 259, 10-26, 2005.
20. Gao H. and Lian K., Proton-Conducting Polymer Electrolytes and Their Applications in Solid Supercapacitors: A Review,RSC Adv., 4, 33091-33113, 2014.
21. Peighambardoust S.J., Rowshanzamir S., and Amjadi M., Review of the Proton Exchange Membranes for Fuel Cell Applications, Hydrog. Energy, 35, 9349-9384, 2010.
22. Paradesi D., Gandhimathi S., Krishnan H., and Jeyalakshmi R., A Novel Proton Conducting Polymer Electrolyte Membrane
for Fuel Cell Applications, High Perform. Polym., 30, 116-125, 2017.
23. Rikukawa M. and Sanui K., Proton-Conducting Polymer Electrolyte Membranes Based on Hydrocarbon Polymers, Prog.
Polym. Sci., 25, 1463-1502, 2000.
24. Kariduraganavar M.Y., Nagarale R.K., Kittur A.A., and Kulkarni S.S., Ion-Exchange Membranes Preparative Methods for
Electrodialysis and Fuel Cell Applications, Desalination, 197, 225-246, 2006.
25. Vasiliev V. and Smirnov V.A., Electric Charge Accumulation and Storage in Nafion and Graphene Oxide Films, Chem. Phys. Lett., 726, 99-103, 2019.
26. Shukla A.K., Pitchumani S., Sridhar P., and Shukla A.K., Nafion and Modified-Nafion Membranes for Polymer Electrolyte Fuel Cells: An Overview, Bull. Mater. Sci., 32, 285-294, 2009.
27. Teixeira F.C., Sá A., Teixeira A.P.S., and Rangel C.M., Nafion Phosphonic Acid Composite Membranes for Proton Exchange Membranes Fuel Cells, Appl. Surf. Sci., 487, 889-897, 2019.
28. Haseli Y., Maximum Conversion Efficiency of Hydrogen Fuel Cells, Int. J. Hydrog. Energy, 43, 9015-9021, 2018.
29. Chevalier S., Olivier J.C., Josset C., and Auvity B., Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Operating in Stoichiometric
Regime, J. Power Sour., 440, 227100, 2019. doi: 10.1016/j. jpowsour.2019.227100
30. Kumar S.S. and Himabindu V., Hydrogen Production by PEM Water Electrolysis-A Review, Mater. Sci. Energy Technol., 2,
442-454, 2019.