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à partir de la demande croissante d'énergie durable, les piles à combustible alcalines (AFC) deviennent de plus en plus populaires.Cette pile à combustible peut non seulement économiser de l'énergie et réduire le carbone, mais aussi une efficacité de conversion allant jusqu'à 70%, ce qui en fait l'attention de tous les horizons.Les piles à combustible alcalines utilisent l'hydrogène et l'oxygène pur comme matières premières pour générer de l'eau potable, de l'énergie thermique et de l'électricité.
Les piles à combustible alcalines reposent sur des réactions redox pour générer de l'énergie par l'interaction entre l'hydrogène et l'oxygène.
Le principe de fonctionnement du noyau des piles à combustible alcalines implique la réaction moléculaire de l'hydrogène et de l'oxygène.À l'électrode négative, l'hydrogène est oxydé et la réaction est comme décrit ci-dessous:
H2 + 2OH- ⟶ 2H2O + 2E -
Ce processus produit de l'humidité et libère des électrons, qui s'écoulent vers l'électrode positive avec le circuit externe, où il subit une réaction de réduction avec l'oxygène:
O2 + 2H2O + 4E- ⟶ 4OH -
La réaction entière consomme une molécule d'oxygène et deux molécules d'hydrogène, produisant deux molécules d'eau et libère simultanément de l'électricité et de la chaleur.
L'électrolyte d'une pile à combustible alcaline est généralement une solution alcaline aqueuse saturée, comme l'hydroxyde de potassium (KOH).Cependant, ces systèmes sont sensibles au dioxyde de carbone (CO2).Si le dioxyde de carbone est contenu dans l'air, le KOH peut être converti en carbonate de potassium (K2CO3), ce qui affecte les performances des piles à combustible.Bien que CAD ait discuté à ce sujet, il n'y a aucun accord entre les universitaires.
En raison de la complexité du processus, de nombreux chercheurs comprennent que le problème d'empoisonnement des piles à combustible alcalines peut être irréversible ou récupérable, selon la situation.
Les piles à combustible alcalines peuvent être divisées en deux catégories: les électrolytes statiques et les électrolytes à débit.Les électrolytes statiques utilisent généralement des couches d'isolement de l'amiante avec de l'hydroxyde de potassium saturé, qui peut être recyclé après la formation d'eau.En revanche, la conception d'électrolyte d'écoulement permet à l'électrolyte de s'écouler entre les électrodes, ce qui peut mieux gérer la génération et l'élimination de l'eau.
Les avantages de la conception du système d'hydroxyde de lithium résident dans son faible coût et la capacité de remplacer les électrolytes, bien qu'il soit actuellement principalement utilisé dans un environnement d'oxygène pur.Une telle conception réduit le coût de la sélection des matériaux car le catalyseur requis peut être utilisé avec des métaux non précieux, et des matériaux tels que le fer ou le cuivre peuvent être utilisés efficacement.
L'efficacité électrique des piles à combustible alcalines est généralement plus élevée que celle des piles à combustible à base d'électrolytes acides, grâce aux avantages qu'ils apportent à la chimie.
Par rapport aux piles à combustible acide, les piles à combustible alcalines ont une meilleure cinétique électrochimique dans la plage de températures de fonctionnement (à 90 ° C).Dans l'utilisation des catalyseurs, puisque l'environnement alcalin peut favoriser la réaction de réduction de l'oxygène et accélérer l'oxydation du carburant, la demande de catalyseurs réduit le seuil de sélection et réduit les coûts de production.
À l'heure actuelle, les piles à combustible alcalines semblent assez belles dans le développement commercial, et de nombreux nouveaux produits sont constamment mis sur le marché pour renforcer l'application de cette technologie.Par exemple, certaines entreprises ont développé une version bipolaire de la technologie, qui a considérablement amélioré les performances.Cela a jeté les bases de futures applications, telles que le premier navire à pile à combustible "Hydra", qui utilise le système AFC.
De plus, l'émergence de piles à combustible alcalines solides, en utilisant des membranes d'échange d'anions solides pour remplacer les électrolytes liquides, a résolu avec succès le problème de l'empoisonnement, tout en élargissant la plage de fonctionnement sûre, leur permettant d'utiliser efficacement des porteurs riches en hydrogène, tels que des solutions d'urée liquide ou des complexes d'amine métallique.
Cependant, avec l'avancement de la technologie des piles à combustible alcaline, nous devons également réfléchir à l'avenir de cette technologie.Peut-il gagner une place sur le futur marché des énergies renouvelables et devenir une option énergétique plus respectueuse de l'environnement et efficace?
