خلايا الوقود الحمضية الفسفورية (PAFC):
خلايا الوقود الحمضية الفسفورية من أول أنواع الخلايا التي توفرت بشكل تجاري. بدأ تطويرها منذ منتصف الستينات وبدأت التجارب عليها بالسبعينات,لذا فهي متطورة من ناحية أداءها واستقرارها وكلفتها.هذه الخصائص جعلت من الخلايا الحمضية الفسفورية مرشحاً جيداً للاستخدام مبكراً. تستخدم خلايا الوقود (PAFC) الحمض الفسفوري (phosphoric acid (H3PO4)) كوسيط حيث أن التشرد لهذا الوسيط هو 100%.لكن نسبة التشرد هذه تنخفض مع انخفاض درجة الحرارة لذا فخلايا الحمض الفسفوري تحتاج لحرارة عالية للعمل بحدود (150ºC-220ºC) .
حاملات الشحنة في هذا النوع من خلايا الوقود هي ايونات الهيدروجين (H+, proton). كما في خلايا الوقود ذات غشاء التبادل البروتونات (PEMFC) حيث يتم توصيل الهيدروجين إلى القطب الموجب anode ويتم فصله لبروتون والكترون. تمر البروتونات خلال الوسيط وتندمج مع الأكسجين (غالبا من الهواء )في القطب السالب cathode لتكون الماء. الالكترونات السالبة تتحرك في دارة كهربائية خارجية بحيث نحصل على كهرباء وعمل مفيد. هذه العمليات الجارية في خلية الوقود تنتج كهرباء وحرارة .
|
التفاعلات في القطب الموجب (Anode Reaction) |
2 H2 ⇒ 4 H+ + 4 e– |
|
التفاعلات في القطب السالب (Cathode Reaction) |
O2(gas) + 4 H+ + 4 e– ⇒ 2 H2O |
|
التفاعل النهائي (Overall Cell Reaction) |
2 H2 + O2 ⇒ 2 H2O |
المردود الكهربائي لخلايا الوقود الحمضية الفسفورية بحدود 40% . وفي حال عملها بنظام التوليد المشترك (cogeneration applications) يمكن أن يصل المردود الكلي لحدود 85%. حيث يتم في نظام التوليد المشترك بالإضافة الى توليد الطاقة الكهربائية الاستفادة من الحرارة الضائعة والزائدة عن درجة حرارة عمل خلايا الوقود لتسخين المياه أو توليد بخار بالضغط الجوي. إن المردود العالي لهذا النوع من الخلايا في حال عملها كأنظمة توليد مشترك هو ميزة مهمة لها. ثاني أكسيد الكربون لا يمكن أن يوثر على أداء الخلية الفسفورية الحمضية أو على وسيطها, لذا يمكن استخدمها بسهولة مع الوقود التقليدي. من أهم مميزاتها أيضا البنية البسيطة والاستقرار طويل الأمد وعدم ثبات وسيط التشرّد.
تم تركيب 75 ميغا وات (75 MW) من خلايا الوقود PAFC ،حيث تم تركيبها بفنادق وبنايات ومستشفيات وكمولدات كهرباء عامة في اليابان وأوربا والولايات المتحدة الأمريكية. أحد المشاريع التي تبنتها CERL كان عبارة عن تركيب 30 خلية وقود PAFC يولد المكدس الواحد منها 200 kW في مواقع عسكرية. الهدف الأساسي من هذا المشروع هو اكتساب خبرة اكبر بآلية عمل خلايا الوقود الحمضية الفسفورية وصيانتها وبالتالي زيادة وثوقيتها .
