خلية وقود الكربون المباشر

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

خلية الوقود الكربونية المباشرة (DCFC) هي خلية وقود تستخدم مادة غنية بالكربون كوقود، مثل الكتلة الحيوية [ 1 ] أو الفحم. [ 2 ] تنتج الخلية الطاقة من خلال دمج الكربون والأكسجين، مما ينتج عنه ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. [ 3 ] وتُعرف أيضاً بخلايا وقود الفحم (CFCs)، وخلايا وقود الكربون والهواء (CAFCs)، وخلايا وقود الكربون/الفحم المباشرة (DCFCs)، وخلايا وقود أكسيد الكربون المباشر (DC-SOFC).

التفاعل الكلي للخلية هو C + O₂ → CO₂ . ويمكن تمثيل العملية باستخدام ترميز نصف الخلية.

  • الأنود: C + 2O 2− → CO 2 + 4e −
  • الكاثود: O 2 + 4e − → 2O 2−

على الرغم من انبعاث ثاني أكسيد الكربون، تُعدّ خلية الوقود الكربونية المباشرة أكثر ملاءمةً للبيئة من تقنيات حرق الكربون التقليدية. فبفضل كفاءتها العالية، تتطلب كمية أقل من الكربون لإنتاج نفس كمية الطاقة. كما أن انبعاث ثاني أكسيد الكربون النقي يجعل تقنيات احتجاز الكربون أرخص بكثير من محطات الطاقة التقليدية. ويمكن أن يكون الكربون المستخدم على شكل فحم ، أو فحم الكوك ، أو فحم نباتي، أو مصدر كربون غير أحفوري. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] يوجد أربعة أنواع على الأقل من خلايا الوقود الكربونية المباشرة.

تصميم يعتمد على خلايا الوقود الصلبة المؤكسدة

تفاعلات المصعد:

مسار الأكسدة الكهروكيميائية المباشرة:

C + 2O 2− → CO 2 + 4e −
C + O 2− → CO+ 2e −

مسار الأكسدة الكهروكيميائية غير المباشرة: CO + O 2− → CO 2 + 2e −

تفاعل بودوارد (مسار تفاعل كيميائي غير مباشر): C + CO₂ → 2CO

تفاعل الكاثود : O₂+ 4e⁻ → 2O₂⁻

[ 7 ] [ 8 ]

خلية وقود الهيدروكسيدات المنصهرة

حصل ويليام دبليو جاك على براءة اختراع أمريكية رقم 555511 في هذا النوع من خلايا الوقود في عام 1896. وقد تم عرض النماذج الأولية من قبل مجموعة الأبحاث SARA، Inc. [ 9 ]

خلية وقود الكربونات المنصهرة

حصل ويليام دبليو جاك على براءة اختراع كندية لخلية وقود الكربونات المنصهرة في عام 1897 [ 10 ] وقد تم تطويرها بشكل أكبر في مختبر لورانس ليفرمور . [ 11 ]

أنود القصدير المنصهر

يستخدم هذا التصميم القصدير المنصهر وأكسيد القصدير كتفاعل وسيط بين أكسدة الكربون المذاب في المصعد واختزال الأكسجين عند المهبط المصنوع من الأكسيد الصلب. [ 12 ] [ 13 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ مونينغز، سي.؛ كولكارني، أ.؛ جيدي، س.؛ بادوال، إس. بي. إس. (أغسطس 2014). "تحويل الكتلة الحيوية إلى طاقة في خلية وقود كربونية مباشرة". المجلة الدولية لطاقة الهيدروجين . 39 (23): 12377-12385 . doi : 10.1016/j.ijhydene.2014.03.255 .
  2. ^ راضي ، آدم سي. جيدي، ساربجيت؛ كولكارني، أنيرودا؛ بادوال، سوخفيندر PS؛ بهاتاشاريا ، سانكار (أكتوبر 2014). “آلية التحلل في خلية وقود كربونية مباشرة تعمل بالفحم البني المنزوع المعادن”. الكهروكيميائية اكتا . 143 : 278– 290. دوى : 10.1016/j.electacta.2014.07.088 .
  3. ↑ جيدي، إس؛ بادوال إس بي إس؛ كولكارني أ؛ مونينغز سي (2012). "مراجعة شاملة لتكنولوجيا خلايا الوقود الكربونية المباشرة". التقدم في علوم الطاقة والاحتراق . 38 (3): 360-399 . doi : 10.1016/j.pecs.2012.01.003 .
  4. ^ راضي ، آدم سي. جيدي، ساربجيت؛ كولكارني، أنيرودا؛ بادوال، سوخفيندر PS؛ بهاتاشاريا ، سانكار (أكتوبر 2014). “آلية التحلل في خلية وقود كربونية مباشرة تعمل بالفحم البني المنزوع المعادن”. الكهروكيميائية اكتا . 143 : 278– 290. دوى : 10.1016/j.electacta.2014.07.088 .
  5. ↑ مونينغز، سي.؛ كولكارني، أ.؛ جيدي، س.؛ بادوال، إس. بي. إس. (أغسطس 2014). "تحويل الكتلة الحيوية إلى طاقة في خلية وقود كربونية مباشرة". المجلة الدولية لطاقة الهيدروجين . 39 (23): 12377-12385 . doi : 10.1016/j.ijhydene.2014.03.255 .
  6. ↑ هيونغ كوك جو، جي يونغ إيوم، جاي كوانغ لي، هوكيونغ تشوي، تاك هيونغ ليم، راك هيون سونغ، وجاي يونغ لي، أداء الطاقة المستدام لخلية وقود الفحم الخالية من الرماد، مجلة إلكتروكيميكا أكتا 115 (2014) 511. doi:10.1016/j.electacta.2013.10.124
  7. ↑ أ. كولكارني؛ ف. ت. سياكي؛ س. جيدي؛ س. مونينغز؛ س. ب. س. بادوال؛ ج. أ. كيمبتون؛ د. فيني (2012). "مصعد بيروفسكايت موصل إلكتروني أيوني مختلط لخلايا وقود الكربون المباشر". المجلة الدولية لطاقة الهيدروجين . 37 (24): 19092-19102 . doi : 10.1016/j.ijhydene.2012.09.141 .
  8. ↑ تقنية خلايا الوقود الصلبة الأنبوبية ، وزارة الطاقة الأمريكية ، تم الاطلاع عليها بتاريخ 2012-01-01
  9. ↑ توليد وفير للكهرباء الخالية من التلوث ، مؤرشف من الأصل بتاريخ 26-04-2012 ، تم استرجاعه بتاريخ 01-01-2012
  10. ↑ "CIPO - براءة اختراع - 55129" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29-10-2008 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-09-2008 .
  11. ↑ تحويل الكربون مباشرة إلى كهرباء ، 2001، مؤرشف من الأصل بتاريخ 18 فبراير 2012 ، تم استرجاعه بتاريخ 1 يناير 2012
  12. ↑ "كيف تعمل خلايا الوقود الصلبة التقليدية" . مؤرشف من الأصل في 2 مارس 2009. تم الاطلاع عليه في 18 فبراير 2009 .
  13. ↑ هيونغ كوك جو، سونغ هيون أوم، جين وون كيم، راك هيون سونغ، هوكيونغ تشوي، سي هيون لي، جاي يونغ لي، تحسين واجهة الأنود للأكسدة الكهروكيميائية للوقود الصلب في خلايا وقود الكربون المباشر: دور القصدير السائل في الحالة المختلطة، مجلة مصادر الطاقة 198 (2012) 36. doi:10.1016/j.jpowsour.2011.09.082