پیل سوختی (هیدروژنی)

مقدمه
پیل‎‎‎‎‎‎‎‎‎های سوختی فناوری جدیدی برای تولید انرژی هستند که بدون ایجاد آلودگی‌های زیست محیطی و صوتی، از ترکیب مستقیم بین سوخت و اکسیدکننده، انرژی الکتریکی با بازدهی بالا تولید می‎‎‎‎کنند. تولید مستقیم الکتریسیته جایگزینی برای چرخه کارنو جهت تبدیل انرژی شیمیایی حاصل از سوخت به انرژی گرمایی و مکانیکی و در نهایت الکتریسیته می‎‎باشد که اتلاف انرژی

را به حداقل ممکن می‌رساند و به بازدة تئوری دست پیدا می‌کنیم. در پیل‌ها

ی سوختی اکسید جامد سرامیکی (اکسید سرامیک) رسانای یون در الکترولیت است و از اهمیت بسزایی برخوردار است. این پیل در دمای بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد کار می‌کند و با بازده در حدود ۶۰ درصد، توان الکتریکی معادل ۱۰۰ مگاوات دارد. در حال حاضر تعداد زیادی از محققان روی جنبه‌های مختلف پیل سوختی اکسید جامد، جهت بهبود خواص پیل کار می‌کنند. برای این کار روی خواص الکترودها و الکترولیت که مهم‌ترین قسمت‌های پیل SOFC می‌باشند را بهینه سازی می‌کنند و روی عناصر و مواد تشکیل دهنده آنها مطالعه انجام می‌دهند.

پیل هیدروژنی
انرژی هیدروژن ترکیب تکنولوژیکی (فنی) انرژیهای تجدید پذیر و هیدروژن به عنوان مکانیزم ذخیره یک منبع انرژی پاک و پایدار به حساب می‌آید. پیش بینی می‌شود سلول سوخ

تی در قرن بیست و یکم برای نقل و انتقال انرژی مورد استفاده قرار گیرد. تصور کنید که یک سوخت حرارتی آنقدر پاکیزه باشد که وقتی در اجاق خانه شما می‌سوزد نیازی به دودکش نداشته باشد. سوخت موتور یک وسیله نقلیه را در نظر بگیرید که آنقدر تمیز می‌سوزد که آب خارج شده از موتور آن قابل مصرف است. یک دستگاه ذخیره انرژی را در نظر بگیرید که آلودگی ایجاد نمی‌کند و گاز گلخانه‌ای، باران اسیدی و اثرات خورندگی شیمیایی ایجاد نکرده و هیچ دودی بصورت رد پا بر جای نمی‌گذارد، هیچگونه پسماند رادیواکتیوی ندارد و در عمل از هیچ منبع سوخت طبیعی استفاده نمی‌کند.
هیدروژن و منابع انرژی آینده
امروزه، هیدروژن عمدتاً در تولید آمونیاک، پالایش نفت و ساخت متانول مو

رد استفاده قرار می‌گیرد. از هیدروژن در برنامه فضایی ناسا، به عنوان سوخت در سفینه‌های فضایی و در پیل‌های سوختی که گرما، برق و آب آشامیدنی برای فضانورد تولید می‌کنند نیز استفاده می‌شود. پیل‌های سوختی ابزارهایی هستند که هیدروژن را مستقیماً به برق تبدیل می‌کنند. در آینده، می‌توان از هیدروژن به عنوان سوخت خودروها و هواپیماها استفاده نموده و نیز با به کارگیری از این عنصر، برق مصرفی خانه‌ها و ادارات را تأمین کرد.

هیدروژن را می‌توان با حرارت دادن مولکول‌های هیدرو کربن، در فرآیندی تحت عنوان “تبدیل” هیدروژن به دست‌آورد. در این فرایند هیدروژن از گاز طبیعی گرفته می‌شود. با استفاده از جریان الکتریکی نیز می‌توان آب را در فرآیندی به نام الکترولیز به اجزای سازنده خود یعنی اکسیژن و هیدروژن جداسازی نمود. برخی از جلبک‌ها و باکتری‌ها، از نور خورشید به عنوان منبع انرژی استفاده کرده و تحت شرایط خاصی هیدروژن آزاد می‌کنند.
هیدروژن به عنوان سوخت، انرژی زیادی دارد، در عین حال ماشینی که سوخت آن هیدروژن خالص باشد هیچ آلودگی تولید نمی‌کند. ناسا از دهه ۱۹۷۰، برای به حرکت در آوردن راکت‌ها، و در حال حاضر برای فرستادن سفینه‌های فضایی به مدار زمین، از هیدروژن مایع استفاده می‌کند. پیل‌های دارای سوخت هیدروژن، نیروی لازم سیستم‌های الکتریکی سفینه‌های فضایی را تأمین کرده و محصول جانبی این فرایند، آب خالصی است که توسط سرنشینان خد

مه به عنوان آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. شما می‌توانید پیل سوختی را مانند باتری در نظر بگیرید که می‌توان به طور مداوم با اضافه کردن سوخت، آن را شارژ کرد به نحوی که هرگز شارژ آن تمام نشود. هیدروژن یکی از عناصری است که در سطح زمین به وفور یافت می‌شود. این عنصر در طبیعت به صورت خالص وجود ندارد ولی آنرا می‌توان به روش‌های مختلف از سایر عناصر

بدست آورد. هیدروژن عمده ترین گزینه مطرح بعنوان حامل جدید انرژ

ی است. این ماده در مقایسه با سایر سوخت‌ها می‌تواند با راندمانی بالاتر و احتراق بسیار پاک به سایر اشکال انرژی تبدیل شود.
ویژگی‌های هیدروژن
از عمده ویژگی‌هایی که هیدروژن را از سایر نمونه های مشابه سوختی متفاوت می‌نماید، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• مصرف منحصر به فرد، انتشار بسیار نا چیز آلاینده‌ها، برگشت‌ پذیر بودن چرخه تولید آن و کاهش اثرات گلخانه‌ای.
• انرژیی هیدروژنی بدلیل استقلال از منابع اولیه انرژی، سیستمی دائمی،پایدار ، فنا ناپذیر، فراگیر و تجدید پذیر محسوب می‌شود.
• موتورهای الکتریکی و پیل‌های سوختی جایگزین بس

یار مناسبی برای موتورهای احتراقی برای کنترل آلودگی و آلایندگی در شهرها می باشند.
• اقتصادی ترین سوخت در دراز مدت به منظور استفاده در خودروهای پیل سوختی؛از پتانسیل بسیار مناسبی بر خوردار است.
روش های تولید هیدروژن
۱٫ تولید هیدروژن از منابع غیرفسیلی (تجدی

دپذیرها)
•فتوالکتروشیمیایی
•مواد بیولوژیکی
•بیوشیمیایی
•ترموشیمیایی
•ترمولیز آب
•رادیولیز آب
•مواد زیست توده
•الکترولیز آب
۲٫ تولید هیدروژن از منابع فسیلی (تجدیدناپذیرها)
• مبدل گاز طبیعی تبدیل با بخار آب

STEAM REFORMER
یکی از روشهای متداول تولید هیدروژن،تبدیل گاز طبیعی توسط بخار می باشد.متان(عنصر اصلی گازطبیعی)در واکنش تعادلی با بخار شرکت می کند وحاصل این واکنش،هیدروژنوگاز منوکسیدکربن می باشد. CH4 + H2O → CO + 3H2
•هیدروژن حاصل از زغال سنگ
فر ایندی که در آن زغال سنگ به گاز تبدیل می شود را گازی شدن زغال سنگ می گویند. برای تولید هیدروژن یاگاز غنی از هیدرو

ژن معمولا” زغال سنگ با استفاده ازاکسیژن خالص(%٩٥>) در درجه حرارت وفشارهای بالا گازی می شود. ۲C+O2 → ۲CO+ Heat C + H2O +Heat → CO + H2
• مبدل گاز طبیعی تبدیل اوتو ترمال AUTO THERTMAL
روش thermal Auto در تبدیل سوخت بکار می رود. بدین گونه که در این فرایند در مشعل راکتور مخلوط آب و اکسیده کننده وارد شده و از روی سطح کاتالیست در دمای بالا عبور می کند.واکنشها در این فرایند مخلوطی از واکنشهای گرمازای اکسیداسیون جزیی وگرماگیرتبدیل با بخار آب می باشدو در واقع انرژی مورد نیاز واکنش تبدیل با بخار آب توسط واکنش اکسیداسیون جزیی تأمین می گردد. از اینرو با تغییر نسبت هوا به سوخت دمای واکنش و در نتیجه دمای راکتورکنترل می شود.

• پیرولیز
دیگر روش برای تولید هیدروژن از هیدروکربنها بدین گونه است که با حرارت دادن هیدروکربنها بدون هوا که طی این فرایند ، هیدروکربنها شکسته شده و به هیدروژن و کربن جامد تجزیه می شوند. از مزایای این فرایند شکست حرارتی این است که هیدروژن با خلوص بالایی تولید میگردد و از معایب آن هم وجود کربن جامد است که باید از راکتور خارج شود . بااضافه کردن هوا به راکتور داغ، کربن بصورت دی اکسیدکربن از سیستم خارج می شود.
کاربردهای پیل سوختی

شکل شماتیک سلول سوختی مورد استفاده در اتومبیلها
پیل‌های سوختی یک فن آوری امیدوار کننده هستند که می‌توانند به عنوان منبع گرما و الکتریسیته در ساختمان‌ها، و به عنوان یک منبع توان الکتریکی در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار گیرد. شرکت‌های خودرو سازی در حال حاضر بر روی ساخت ماشین‌ها و کامیون‌هایی کار می‌کنند که مجهز به پیل‌های سوختی باشند. در پیل سوختی خودروها، یک ابزار الکتروشیمیایی وجود دارد که هیدروژن (ذخیره شده در برد سیستم) و اکسیژن هوا را به الکتریسیته تبدیل کرده، موتور الکتریکی اتومبیل را به حرکت در آورده و توان آن را تأمین می‌کند. گرچه استفاده از این کاربردهای ایده آل برای هیدروژن خالص، اندکی دور از انتظار به نظر می‌رسد، اما در مقیاس واقعی و نزدیک به آن می‌توان به سوخت‌هایی مانند گاز طبیعی، متانول و یا حتی بنزین اشاره کرد. اصلاح این نوع سوخت‌ها برای تولید هیدروژن، امکان استفاده در بسیاری از زیرساخت‌های فعلی انرژی، مانند پمپ بنزین‌ها، لوله کشی‌های گاز طبیعی و غیره، را برای ما فراهم می‌کند. این در حالی است که استفاده از سلول‌های سوختی در مرحله بهر

ه‌برداری است. در آینده، هیدروژن نیز می‌تواند مانند برق به عنوان یک حامل مهم انرژی محسوب شود. حامل انرژی، انرژی را ذخیره و منتقل کرده و آن را به صورت قابل استفاده‌ای در اختیار مصرف کنندگان قرار می‌دهد. برخی از کارشناسان بر این گمان هستند که هیدروژن، در آینده زیرساخ

ت‌های اصلی انرژی را تشکیل داده و جایگزین گاز طبیعی، نفت، زغال سنگ و نیروگاه‌های کنونی برق خواهد شد. آن‌ها بر این باورند که “اقتصاد نوین هیدروژن” می‌تواند جایگزین جریان ” اقتصاد مبتنی بر سوخت‌های فسیلی” شود، هر چ

ند که این طرح احتمالاً در آینده‌ای دور عملی خواهد شد.
انرژی هیدروژن و پیل سوختی
مجموعه‌ای از عوامل مختلف از جمله محدودیت منابع فسیلی، تأثیرات منفی زیست محیطی، بهره‌گیری از منابع هیدروکربنی، افزایش قیمت سوختهای فسیلی، منازعات سیاسی و تأثیرات آن بر روی ارائه انرژی پایدار از جمله دلایلی هستند که بسیاری از سیاستمداران و متخصصین مباحث انرژی و محیط زیست را در حرکت به سوی ایجاد ساختاری نوین مبتنی بر امنیت ارائه انرژی، حفظ محیط زیست، ارتقاء کارایی سیستم انرژی وادار نموده است. بر این اساس هیدروژن یکی از بهترین گزینه‌ها جهت ایفای نقش حامل انرژی در این سیستم جدید ارائه انرژی می‌باشد. هیدروژن بعنوان فراوان‌ترین عنصر موجود در سطح زمین به روشهای مختلف قابل تولید می‌باشد. در یک سیستم ایده آل انرژی بر پایه هیدروژن با هدف تأمین امنیت ارائه انرژی، حفظ محیط زیست و ارتقاء کارایی سیستم انرژی، هیدروژن از الکتریسیته تولیدی از منابع تجدیدپذیر نظیر باد، خورشید، زمین گرمایی و نظایر آن تولید شده و پس از ذخیره‌سازی و انتقال به محل‌های مصرف، در کاربردهای مختلف از جمله تجهیزات الکترونیکی کوچک (میلی وات)، صنعت حمل و نقل و صنایع نیروگاهی قابل بکارگیری است. با این رویکرد بسیاری بر این باورند که سوخت نهایی بشر هیدروژن بوده و بشر درآینده‌ای نه چندان دور عصر هیدروژن را تجربه خواهد نمود. از جمله ویژگیهایی که هیدروژن را از سایر گزینه‎های مطرح سوختی متمایز می‎نماید، می‎توان به فراوانی، مصرف تقریباً منحصر به فرد، انتشار بسیار ناچیز آلایندهها، برگشت‌پذیر بودن چرخه تولید آن و کاهش اثرات گلخانه‎ای اشاره نمود. سیستم انرژی هیدروژنی بدلیل استقلال از منابع اولیه انرژی، سیستمی دایمی، پایدار، فناناپذیر، فراگیر و تجدیدپذیر می‎باشد و پیش بینی می‎شود که در آینده‎ا‎ی نه چندان دور تولید و مصرف آن بعنوان حامل انرژی به سراسر اقتصاد جهانی سرایت نموده و اقتصاد هیدروژنی تثبیت شود؛ با این وجود نباید انتظار داشت که هیدروژن در بدو ورود از نظر

قیمتی بتواند با سایر حاملهای انرژی رقابت نماید. در آینده هیدروژن و پیلهای سوختی می‎توانند نقش محوری و کنترل کنندگی در آلودگی شهرها داشته باشند. عمل تبدیل انرژی شیمیایی موجود در هیدروژن به انرژی الکتریکی توسط پیل سوختی انجام می‌پذیرد که متناسب با کاربرد و خواص ساختاری آنها، پیل‌های سوختی خود به انواع مختلف تقسیم می‌شوند. در واقع اهمیت فناوری پیل سوختی در یک سیستم انرژی بر پایه هیدروژن (عصر هیدروژن) به گونه‌ای است که بسیاری آنرا به لوکوموتیو قطار توسعه عصر هیدروژن تشبیه نموده‌اند. علاوه بر فناوری پیل سوختی به عنوان مصرف کننده هیدروژن در عصر هیدروژن، فناوریهای تولی

د، ذخیره‌سازی، عرضه و انتقال هیدروژن نیز از اجزاء اصلی ساختار انرژی این عصر خواهند بود.
مشکلات بکارگیری هیدروژن در خودرو
• ذخیره‌سازی مقادیر کافی از هیدروژن نیاز به مخازن سوخت‌های عظیم دارد. ذخیره‌سازی هیدروژن به عنوان یک مایع برودتی مخازن نیاز به عایق حرارتی فوق‌العاده داشته و هزینه بسیار زیادی را به وجود خواهد آورد.
• ایمنی مخازن ذخیره‌سازی هیدروژن وضرورت بازرسی دوره‌ای و صدور گواهینامه از افراد متخصص را باید به هزینه‌های ذخیره‌سازی اضافه نمود.
• هیدروژن به راحتی در دسترس ایستگاه‌های سوخت رسانی نیست، در دسترس بودن هیدروژن برای سوخت رسانی آسان نیاز به زیرساخت‌های بزرگ دارد.
پیل سوختی
پیل سوختی یک مبدل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است. این تبدیل مستقیم بوده و بنابراین از بازدهٔ بالایی برخوردار است. در واقع می‌توان گفت که در این تبدیل از عمل عکس الکترولیز آب استفاده می‌گردد، به عبارت دیگر از واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، آب، حرارت و الکتریسیته تولید می‌گردد. هر سلول در پیلهای سوختی از سه جزء آنُد، کاتُد و الکترولیت تشکیل شده‌است.
نحوه عملکرد

هر پیل سوختی دارای دو الکترود (آند و کاتد) و یک الکترولیت ما بین این دو الکترود می‌باشد. در قطب آند، هیدروژن با یک کاتالیزور واکنش نشان داده و تولید یک یون با بار مثبت و الکترون با بار منفی‌ می‌کند. پروتون به وجود آمده از محیط الکترولیت گذر کرده حال آنکه الکترون در فضای مدار حرکت می‌کند و تولید جریان مینماید. در قطب کاتد اکس

یژن با یون و الکترون واکنش نشان داده و تولید آب و حرارت مینماید. این سلول به تنهائی‌ ۰.۷ ولت نیروی محرکهٔ الکتریکی‌ تولید می‌کند که برای روشنایی یک لامپ کوچک کافی‌ می‌باشد. اگر این پیلها به صورت سری قرار گیرند قادر به تولید برق با توان چندین مگاوات میباشند.[۱]
تاریخچه پیل‌های سوختی
تاریخچه این پیل‌ها به دو دوره متمایز تقسیم می‌شود : دوره اول که حدود صد سال طول کشید، از سال ۱۸۳۹ با ساخت اولین پیل سوختی با الکترولیت اسید سولفوریک توسط آقای گرو آغاز گردید. با تلاش دانشمندان بزرگی مانند جکس، هابر، مون و همکاران و شاگردان آنها منجر به درک علمی از پیل سوختی و شنا‎‎‎‎‎‎خت تنگناهای این فناوری تا سال ۱۹۴۰ گردید.
دوره دوم از سال ۱۹۴۰ آغاز می‌شود که بین سالهای ۱۹۵۰ تا ۱۹۶۰ نمونه‌های تحقیقاتی متعددی از پیل‌های سوختی توسط شرکت‌های بزرگی مانند جنرال الکتریک با ظرفیت۰۲/۰ وات الی ۱۵ وات ساخته شد. اما هنوز این ظرفیت برای کاربردهای فنی و صنعتی مورد نظر، کافی و قابل قبول نبود. تا اینکه درسال ۱۹۶۵ یک واحد پیل سوختی با ظرفیت یک کیلو‎‎‎وات توسط شرکت جنرال الکتریک به منظور استفاده در ماهواره گمینی۵، ساخته شد و توجه دانشمندان را به خود جلب نمود. این پیل سوختی با ولتاژ ۲۵ ولت و شدت جریان خروجیA ۴۰ آمپر توا

نست در طول ۷ پرتاب ماهوارة گمینی ۵، انرژی برابر با ۵۱۹ کیلووات ساعت طی بیش از ۸۴۰ ساعت پرواز را تامین کند. بدین ترتیب معلوم گردید که پیل‌های س

وختی می‌توانند برای بسیاری از مقاصد هوا – فضا مناسب بوده و

انرژی مورد نیاز آنها را به صورت پیوسته و پایدار تامین کنند. این امر موجب گردید تا در سراسر جهان روی توسعة دانش فنی و تکنولوژی ساخت پیل‌های سوختی سرمایه‎‎گذاری‌های بزرگی صورت گیرد. امروزه نیز تحقیقات وسیعی در جهت ارتقاء ظرفیت، کاهش هزینه‌های ساخت و بهره ‎‎برداری و توسعة ویژگی‌های کاربردی پیل‌های سوختی در جریان می‌باشد. برق خروجی از پیل‌های سوختی جریان مستقیم (DC) است. بنابراین برای مصرف ‎‎کننده‌های جریان متناوب از مبدل‌های DC به AC استفاده می‌کنند. از پیل‌های سوختی می‌توان برای تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز در مناطقی که دور از شبکه‌های سراسری انتقال و توزیع برق هستند و نیز در ایستگاه‌های ماهواره‌ای و مخابراتی وغیره نیز به طور رضایت‌بخشی استفاده نمود .
انواع پیل سوختی
پیلهای سوختی در انواع زیر موجود می‌باشند: پیل‌های سوختی براساس نوع الکترولیت استفاده شده در آن‌ها به پنج نوع اصلی طبقه بندی می‌شوند.
• پیل سوختی الکترولیت پلیمر یا غشاء مبادله کننده پروتون (PEMFC)
• پیل سوختی قلیایی (AFC)
• پیل سوختی اسید فسفریک (PAFC)
• پیل سوختی کربنات مذاب (MCFC)
• پیل سوختی اکسید جامد (SOFC)
• پیل سوختی میکروبی (MFC)
• پیل سوختی اسید فرمیک (FFC)
• پیل سوختی هوا-روی (Zn-Air FC)
• پیل سوختی سرامیکی
لازم به ذکر است که پیل سوختی متانول مستقیم (DMFC)۶ از خانوادة پیل سوختی PEMFC است. پیل‌های سوختی بر اساس دمای عملکرد، دارای دامنة دمایی از ۸۰ برای (PEMFC‎) تا ۱۰۰۰ برای (SOFC) می‌باشند. پیل‌های سوختی دمای پایین (PEMFC ،

PAFC ،AFC) دارای حامل‌های یونیH+ ویا OH- هستند که انتقال یون از میان الکترولیت وانتقال الکترون‌ها از طریق مدار خارجی را به عهده دارند، و در پیل‌های سوختی دمای بالا مانند الکترولیت کربنات مذاب (MCFC) و الکترولیت اکسید جامد (SOFC)، جریان الکتریکی به ترتیب از طریق یون‌هایCO۳۲- و O۲- انتقال می‌یابد. در پیل‌های سوختی اکسید جامد (SOFC) یا سرامیکی رسانش ‎یون در الکترولیت معمولاً در دمای بین ۶۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود.
مزایا
مزایای پیل‌های سوختی بطور کلی عبارت‌اند از: یل سوختی آلودگی ناشی از سوزاندان سوختهای فسیلی را حذف نموده و تنها محصول جانبی آن آب می باشد.
• در صورتیکه هیدروژن مصرفی حاصل از الکترولیز آب باشد نشر گازهای گلخانه ای به صفر می رسد.
• بدلیل وابسته نبودن به سوختهای فسیلی متداول نظیر بنزین و نفت، وابستگی اقتصادی کشورهای ناپایدار اقتصادی را حذف می کند.
• با نصب پیلهای سوختی نیروگاهی کوچک، شبکه غیرمتمرکز نیرو گسترده می گردد.
• پیل های سوختی راندمان بالاتری نسبت به سوختهای فسیلی متداول نظیر نفت و بنزین دارد.
• هیدروژن در هر مکانی از آب و برق تولید می گردد. لذا پتانسیل تولید سوخت، غیرمتمرکز خواهد شد.
• اکثر پیلهای سوختی در مقایسه با موتورهای متداول بسیار بی صدا ه

ستند.
• انتقال گرما از پیلهای دما پایین بسیار کم می باشد لذا آنها را برای کاربردهای نظامی مناسب خواهد شد.
• زمان عملکرد آنها از باتریهای متداول بسیار طولانی تر است. فقط با دو برابر نمودن سوخت مصرفی می توان زمان عملکرد را دو برابر نمود و نیازی به دو برابر کردن خود پیل نمی‌باشد.
• سوختگیری مجدد پیلهای سوختی به راحتی امکان پذیر می باشد 
• بعلت عدم وجود اجزای متحرک نگهداری از آنها بسیار ساده می باشد.
• نصب و بهره برداری از پیل های سوختی بسیار ساده و مقرون به صرفه می باشد.
• پیل های سوختی مدولار می باشند یعنی براحتی توان تولیدی از آنها قابل افزایش می باشد.
• این مولدها قابلیت تولید همزمان برق و حرارت را دارند.
• امکان استفاده از سوختهای تجدیدپذیر و سوختهای فسیلی پاک در آنها وجود دارد.
• به میکروتوربین ها متصل می گردند.
• پیل سوختی به تغییر بار الکتریکی پاسخ می دهد.
• پیل سوختی امکان تولید برق مستقیم با کیفیت بالا را دارد.
• دانسیته نیروی بالا دارد. .میزان بازدهی آن ها نسبت به سلول های دیگر بیش تر است.
معایب
• به مواد بیشتر و فرایندهای سریعتری نسبت به دیگر پیل‌ها نیاز دارد.
• ممکن است در مدت طولانی کار، گرما مشکلاتی چون ناسازگاری عناصر و افت انرژی را موجب شود.
• در صورت استفاده از سوخت ناخالص، کار و گرمای بیش از حد موجب رسوب کربن و در ‎‎‎‎نهایت مسمومیت پیل می‌گردد.

زمینه‌های مختلف استفاده از پیل‌های سوختی
۱٫حمل ونقل (خودروهای سواری و وسایط نقلیه عمومی)
۲٫نیروگاه‌ها (نیروگاه‌های متمركز و غیرمتمركز اعم از خانگی، تجاری، صنعتی):پیل های سوختی به دلیل آرام و بی صدا بودن برای تولید برق محله ای گزینه خوبی محسوب می شود. به علاوه کاهش نیاز به گسترش شبکه توزیع برق، از گرمای تولیدی از

این نیروگاه‌ها می‌توان برای گرمایش و تولید بخار آب استفاده نمود.
۳٫وسایل الکترونیکی قابل حمل (تلفن‌های همراه، رایانه‌های شخصی و …)
۴٫صنایع نظامی: پیل‌های سوختی که در دمای پایین کار می‌کنند در تانك‌ها، زره‌پوش و خودروهای نظامی استفاده می‌شوند. نداشتن قطعه متحرک دراین نوع پیل های سوختی باعث کاهش صدا شدهوبه دلیل کارکرد در حرارت پایین ردیابی آنها مشکل تر از خودروهایی با موتور درون سوز می باشد.
بروز ترین روش تولید پیل سوختی
در حال حاضر، پيل‌هاى سوختي، شبیه به خودروها توليد مى‌شوند؛ يعنى قطعات مختلف آنها به صورت جداگانه ساخته و سپس روى هم اسمبل مى‌شوند تا يك پيل سوختى توليد شود. این روند تولید، مراحل بسيار زيادى دارد و در عین هزينه بالاى آن، زمان

بسيار زيادى صرف تولید آن می شود. گروه تحقيقاتى تامپسون با استفاده از فرآيند پيشرفته ميكروفابريكيشن، نسل جديد پيل‌هاى سوختى را تولید می کند. در این فرایند به جاى توليد جداگانه پيل سوختي، آنها به صورت لايه لايه ساخته مى‌شوند، روشى كه هم اکنون براى ساخت ابزارهاى ميكروالكترونيك مورد استفاده قرار مى‌گيرد. پژوهشگران دانشگاه ميشيگان اميدوارند با استفاده از اين فن آورى ارزان قيمت و همچنين استفاده از مواد ارزانتر، قيمت پيل‌هاى سوختى را از ۱۰ هزار دلار براى هر كيلو وات به ۱۰۰۰ دلار برسانند.
مزایای پیل سوختی اکسید جامد

• به علت عملکرد دمایی بالا دارای بیشترین راندمان نسبت به سایر پیل‌های سوختی می‌باشد.
• از گرمای تولید شده می‌توان برای افزایش بازدهی مجدد استفاده نمود.
• امکان بازسازی درونی سوخت به خاطر عملکرد دمایی بالا وجود دارد.
• نیازی به کاتالیستهای گران قیمت ندارد.
• برای استفاده از سوختهای مختلف نیازی به مبدل‌های سوخت نیست.
• از آنجاییکه پیل سوختی اکسید جامد دارای الکترولیت جامد است مشکل خوردگی مواد کم می‌باشد .
• برای ساخت اجزای پیل می‌توان از فناوری لایه نازک استفا

ده نمود. ولی در پیل‌های سوختی با الکترولیت مایع چنین امری دست نیافتنی است.
پیل سوختی اساساً وسیله ای است که سوخت (مانند هی

دروژن، متانول، گاز طبیعی، بنزین و…) و اکسیدان (مانند هوا و اکسیژن) را به برق، آب و حرارت تبدیل می‌کند. به عبارت دیگر پیل سوختی شبیه یک باتری بوده ولی بر خلاف باتری نیاز به انبارش (شارژ) ندارد. تا زمانی که سوخت و هوای مورد نیاز پیل تأمین شود، سیستم کار خواهد کرد. پیل‌های سوختی می‌توانند سوخت‌های حاوی هیدروژن مانند متانول( Methanol )، اتانول ( Ethanol) ، گاز طبیعی ( Natural Gas ) و حتی بنزین و گازوئیل را مورد استفاده قرار دهند. بطورکلی در سوخت‌های هیدروکربوری، هیدروژن توسط یک دستگاه اصلاحگر سوخت ( Fuel Reformer )، از آنها جدا شده و بکار گرفته می‌شود. پیل‌های سوختی در کاهش آلودگی محیط زیست نقش بسزائی داشته و بخاطر عدم بکارگیری قطعات مکانیکی زیاد، ایجاد آلودگی صوتی نیز نمی‌نماید. علاوه بر آن سیستم پیل سوختی از کارائی نسبتاً بالائی نسبت به موتورهای احتراق درونسوز برخوردار است. بحران انرژی در سالهای ۱۹۷۳ و ۱۹۹۱

و آلودگی فزاینده محیط زیست، کشورهای صنعتی را بر آن داشت تا جهت استفاده از سیستم‌هایی با راندمان بالا و سازگار با محیط زیست سرمایه گذاری کلانی نمایند. سیستم‌های پیل سوختی از جمله تکنولوژیهای پیشرفته ایست که مصارف

غیر نظامی آن با توانهای میلی وات تا مگا وات موضوع تحقیق شرکتهای تولید نیرو، خودرو سازی و نیز شرکتهای نفتی قرار گرفته‌است. پیل سوختی مجموعه‌ای از الکترولیت، الکترودها و صفحات دو قطبی است. در پیل سوختی(به‌عنوان مثال نوع الکترولیت پلیمر جامد)، هیدروژن از آند و اکسیژن از کاتد وارد می‌شوند. هیدروژن الکترون خودرا در آند از دست دا

ده و بصورت پروتن از طریق الکترولیت به سمت کاتد حرکت می‌کند. الکترون نیز از طریق مدار خارجی به سوی کاتد هدایت می‌شود. اکسیژن با دریافت الکترون و پروتون به آب تبدیل می‌شود. حرکت الکترون از آند به کاتد جریان برق را به وجود می‌آورد که قابل استفاده در وسایل برقی است .آب حاصل در کاتد می‌تواند مورد استفاده مجدد قرار گیرد.