Pile electrice

Sunt genratoare de energie electrica, alimentate continuu cu specie activa la electrozi. La electrodul de combustibil are loc oxidarea acestuia cu oxidantul rezultat de la celalalt electrod. Printer cei mai obisnuiti sau utilizati combustibili sunt: H, methanol, aniline, unele hidrocarburi. Drept oxidant, se foloseste oxigenul pur sau oxigenul diluat(aer atmosferic). Cea mai studiata si raspandita pila de combustie este pila hidrogen-oxigen care serveste ca sursa de enetgie electrica si apa, utilizarea ei pana in prezent este la toate navele cosmice. In aceasta pila, procesul activ invers electrolizei consta in sinteza apei din elementele constituitive, reactia controlata elibereaza energie electrica si caldura in cantitati echivalente cu entalpia libera a reactiei de formare a apei.

Pila hidrogen-oxigen utilizata in proiectul Gemini.

Este alcatuita din 2 electrozi de titan acoperiti cu catalizator de platina. Intre acesti 2 catalizatori se gaseste un strat subtire, rasina schimbatoare de ioni, alcatuita din acid, polistiren sulforic, politrifloroetilena, precum si un plastifiant.

Grosimea acestui element de pila nu depaseste 0,5mm.

Reactiile ce au loc :

(+) 2H₂ 4H⁺ + 4e^-

(-) O₂ + 4H⁺ + 4e^- 2H₂O

deoarece conductivitatea electrica a membranei este puternic dependenta de continutul de apa, aceasta se regleaza cu ajutorul unor nise de drenaj sau alimentarea apei prin capilaritati.

Bateria utilizata in proiectul Gemini avea o putere medie de 900W max 2kW, sistemul furniza 0,5 l H₂O/kWh.

Secretul pilelor de combustie consta in a separa electronul si protonul, fiecarui atom de hidrogen, iar apoi sa le separam.

Dupa ce hidrogenul este extras din carburant(apa), traverseaza in catalizator, care scindeaza atomii de hidrogen in electroni si protoni. Aceste sarcini se indreapta spre o membrana care nu lasa sa treaca decat protonii, electronii ramanand pe filtru, care se va incarca negativ. Electronii recupereaza aceste 2 substante.

Atunci cand functioneaza pila, ei vor ajunge de la + la - , se recombina cu protonii formand vapori de apa. Acest proces este insotit de o puternica degajare de caldura.    

Degajarea caldurii este o problema atunci cand dorim obtinerea energiei electrice(automobile).

In viitor se asteapta ca pilele sa fie folosite ca sursa de electricitate si energie termica, fara a produce poluare.

Clasificarea pilelor:

- temperatura de functionare

- dupa combustibilul folosit(electrolitul).

De cele mai multe ori pilele care functioneaza sub 100^oC se numesc pile reci si utilizeaza drept electrolit o solutie apoasa de HCl sau acid fosforic si se mai numesc pile acide.

Daca electrolitul este o solutie apoasa de hidroxid de potasiu = pile alcaline.

Mai sunt pile care folosesc in locul electrolitului membrana schimbatoare de ioni. Este in general solida, de natura organica sau anorganica, saturata cu apa si constituita dintr'o retea cristalina unde exista functii acide sau bazice capabile sa schimbe ionii cu ionii din solutie.

Conductivitatea este asigurata de H⁺ si OH^-.

Principalul avantaj al pilelor de combustie cu membrana schimbatoare de ioni, consta in posibilitatea eliminarii apei care este si un produs de reactie, evitandu-se astfel inconvenientul diluarii electrolitului de la pile sau in cazul pilelor care contin solutie apoasa.

Un dezavantaj al lor il constituie rezistenta electrica responsabila de pierderi insemnate, de pierderi omica?.

Sarurile topite sunt bune conducatoare ionice si se utilizeaza drept electroliti pt pilele calde care functioneaza peste 100^oC.

Cele mai utilizate: carbonati de Na, K si Li.

Anumiti oxizi refractari prezinta la aceste temperaturi ridicate o conductabilitate remarcabila. Aceasta proprietate este exploatata de pilele calde care pot functiona pana la 1000^oC.

In general electrolitul folosit in pilele de combustie, trebuie sa fie greu permeabil la difuzia oxigenului si a combustibilului. Daca electrolitul este un conductor de ordin I, pila tinde sa se descarce prin propriul sau electrolit, iar daca difuzia oxigenului este posibila, are loc loc si o oxidare partiala, aceste 2 lucruri ducand la scaderea randamentului pilelor.

Metanolul este unul din combustibilii folositi in pilele de combustie, el se poate compara ca si randament cu hidrogenul. Oxidarea lui se poate face atat in electrolit alcalin, cat si acid.

Fortele electromotoare si randamentul pilelor de conversie sunt specifice fiecarei reactii in parte, dar in general sunt peste 80%, ceea ce le recomanda pt obtinerea energiei nepoluabile.