شناخت كلي پيل‌سوختي

پيل‌‌سوختي نوعي پیل الكتروشيميايي است كه انرژي شيميايي حاصل از واكنش را مستقيماً به انرژي الكتريكي تبديل مي‌کند. سازه و بدنه اصلي پيل‌سوختي از الكتروليت، الكترود آند و الكترود كاتد تشكيل شده است.

پيل سوختي يك دستگاه تبديل انرژي است كه به لحاظ نظري تا زماني كه ماده اكسيد كننده و سوخت در الكترودهاي آن تأمين شود قابليت توليد انرژي الكتريكي را دارد. البته در عمل استهلاك، خوردگي و بد عمل كردن اجزاي تشكيل دهنده، طول عمر پيل‌سوختي را كاهش مي‌دهد.

در يك پيل‌سوختي، سوخت‌ به طور پيوسته به الكترود آند و اکسيژن به الكترود کاتد تزريق مي‌شود و واكنش‌هاي الكتروشيميايي در الكترودها انجام شده و با ايجاد پتانسيل الکتريکي جريان الكتريكي برقرار مي‌گردد. اگرچه پيل‌سوختي اجزاء و ويژگيهاي مشابه يک باتري را دارد اما از بسياري جهات با آن متفاوت است. باتري يك وسيله ذخيره انرژي است و بيشترين انرژي قابل استحصال از آن به وسيله ميزان ماده شيميايي واكنش دهنده كه در خود باتري ذخيره شده است (عموماً در الکترودها) تعيين مي‌شود. چنانچه ماده واكنش دهنده در باتري كاملاً مصرف شود، توليد انرژي الكتريكي متوقف خواهد شد (باتري تخليه مي‌شود). در باتري هاي نسل دوم ماده واكنش دهنده با شارژ مجدد، دوباره احيا مي‌شود كه اين عمل مستلزم تأمين انرژي از يك منبع خارجي است. در اين حالت نيز انرژي الكتريكي ذخيره شده در باتري محدود و وابسته به ميزان ماده واكنش دهنده در آن خواهد بود.

گاز‌ اکسيد کننده نظير هوا يا اکسيژن خالص در الکترود کاتد که با صفحه الکتروليت در تماس است جريان پيدا مي‌‌کند و با اكسيداسيون الكتروشيميايي سوخت كه معمولاً هيدروژن است و با احياء اكسيد كننده انرژي شيميايي گازهاي واکنش‌گر به انرژي الکتريکي تبديل مي‌شود.

از نظر تئوري، هر ماده‌اي كه به صورت شيميايي قابل اكسيد شدن باشد و بتوان آن را به صورت پيوسته (به صورت سيال) به پيل‌سوختي تزريق كرد، مي‌تواند به عنوان سوخت در الكترود آند پيل‌سوختي مورد استفاده قرار گيرد. به طور مشابه ماده اكسيد كننده سيالي است كه بتواند با نرخ منا‌‌سبي احيا شود.

گاز هيدروژن به دليل تمايل واكنش دهندگي بالا به همراه چگالي انرژي بالا به عنوان سوخت ايده‌آل در پيل‌سوختي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. هيدروژن را مي‌توان از تبديل هيدروكربن‌ها از طريق واكنش ‌كاتاليستي، توليد و به صورتهاي گوناگون ذخيره سازي‌كرد. اكسيژن مورد نياز در پيل‌سوختي به طور مستقيم از هوا تهيه مي‌شود. بر روي سطح الکترودهاي آند و کاتد پيل‌سوختي واکنش اکسيداسيون و احياء در ناحيه سه فازي (و در صورت جامد بودن الکتروليت دو فازي) نزديک سطح مشترک واكنش دهنده‌ها، كاتاليست و الكتروليت صورت مي‌گيرد. اين ناحيه سه فازي نقش مهمي در عملكرد الكتروشيميايي پيل‌سوختي به ويژه پيل‌هاي‌سوختي با الكتروليت مايع دارد. در اينگونه پيل‌هاي‌سوختي، گازهاي واكنش دهنده از ميان يك لايه نازك از الكتروليت كه سطح الكترودهاي متخلخل را پوشانده است عبور كرده و واكنش الكتروشيميايي مناسب روي سطح الكترود مربوطه انجام مي‌شود. چنانچه الكترود متخلخل حاوي مقادير بيش از حد الكتروليت باشد الكترود در اصطلاح غرق (flood) شده و به اين ترتيب انتقال واکنشگرهاي گازي محلول در الكتروليت به مکان‌هاي واكنش محدود مي‌شود. در نتيجه عملكرد الكتروشيميايي الكترود متخلخل تضعيف مي‌شود لذا ضروري است كه در ساختار الكترودهاي متخلخل يك تعادل مناسب بين الكترود، الكتروليت و فاز گازي ايجاد شود.

تلاش‌هاي اخير جهت بهبود عملكرد واکنش الكترو‌شيميايي، کاهش هزينه‌هاي توليد، كاهش ضخامت اجزاي پيل‌سوختي و در عين حال اصلاح و بهبود ساختار الكترودها و فاز الكتروليت متمرکز شده است. الكتروليت با هدايت يون‌ها بين الكترودها سبب تكميل مدار الكتريكي پيل‌سوختي مي‌شود. الکتروليت يك مانع فيزيكي بين سوخت و گاز اكسيژن ايجاد مي‌كند و مانع اختلاط مستقيم آنها مي‌شود. وظيفه صفحات الكترود متخلخل در پيل‌سوختي شامل موارد زير است:

1ـ ايجاد يك سطح فعال و مناسب كه واكنش هاي الكتروشيميايي روي اين سطوح انجام مي‌شود.

2ـ هدايت يونهاي حاصل از واكنش به داخل يا خارج از ناحيه تبادل سه فازي و انتقال الکترون‌هاي توليدي به مدار خارجي (الكترودها بايد هدايت الكتريكي خوبي داشته باشد).

براي افزايش سطح تماس واكنش دهنده‌ها با کاتاليست لازم است كه ساختار الكترود، متخلخل بوده و ميزان سطح در دسترس و پوشش داده شده توسط كاتاليست نسبت به حجم الکترود زياد باشد. ساختار متخلخل، دسترسي راحت اجزاء واکنش دهنده به مراکز فعال را ميسر مي‌سازد.

نرخ واكنش‌هاي الکتروشيمي با افزايش دما افزايش پيدا مي‌كند، لذا خاصيت كاتاليزوري ‌الكترودها در پيل‌هاي‌سوختي دما پايين از اهميت بيشتري در مقايسه با پيل‌سوختي دما بالا برخوردار است. الكترودهاي متخلخل بايد در هر ‌دو طرف تماس با الكتروليت و گازهاي واکنش‌دهنده، نفوذ‌پذير باشند تا حدي كه توسط الكتروليت اشباع نشده و بوسيله گازهاي واکنش دهنده خشك نشوند.

تاریخچه :

اگر چه پيل‌سوختي به تازگي به عنوان يكي از راهكارهاي توليد انرژي الكتريكي مطرح شده است ولي تاريخچه آن به قرن نوزدهم و كار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر مي‌گردد. او اولين پيل‌سوختي را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت.

واژه "پيل‌سوختي" در سال 1889 توسط لودويک مند و چارلز لنجر به كار گرفته شد. آنها نوعي پيل‌سوختي که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف مي‌کرد، ساختند. تلاش‌هاي متعددي در اوايل قرن بيستم در جهت توسعه پيل‌سوختي انجام شد که به دليل عدم درک علمي مسئله هيچ يک موفقيت آميز نبود. علاقه به استفاده از پیل سوختی با کشف سوخت‌های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.

فصلي ديگر از تاريخچه تحقيقات پيل‌سوختي توسط فرانسيس بيكن از دانشگاه كمبريج انجام شد. او در سال 1932 بر روي ماشين ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسياري انجام داد. اين اصلاحات شامل جايگزيني كاتاليست گرانقيمت پلاتين با نيكل و همچنين استفاده از هيدروكسيدپتاسيم قليايي به جاي اسيد سولفوريك به دليل مزيت عدم خورندگي آن مي‌باشد. اين اختراع كه اولين پيل‌سوختي قليايي بود، “Bacon Cell” ناميده شد. او 27 سال تحقيقات خود را ادامه داد تا توانست يك پيل‌سوختي كامل وكارا ارائه نمايد. بيكون در سال 1959 پيل‌سوختي با توان 5 كيلووات را توليد نمود كه مي‌توانست نيروي محركه يك دستگاه جوشكاري را تامين نمايد.

تحقيقات جديد در اين عرصه از اوايل دهه 60 میلادی با اوج گيري فعالیت‌های مربوط به تسخیر فضا توسط انسان آغاز شد. مركز تحقيقات ناسا در پي تامين نيرو جهت پروازهاي فضايي با سرنشين بود. ناسا پس از رد گزينه‌هاي موجود نظير باتري (به علت سنگيني)، انرژي خورشيدي(به علت گران بودن) و انرژي هسته‌اي (به علت ريسك بالا) پيل‌سوختي را انتخاب نمود.

تحقيقات در اين زمينه به ساخت پيل‌سوختي پليمري توسط شركت جنرال الكتريك منجر شد. ایالات متحده فن‌آوری پیل سوختی را در برنامه فضايي Gemini استفاده نمود كه اولين كاربرد تجاري پيل‌سوختي بود.

پرت و ويتني دو سازنده موتور هواپیما پيل‌سوختي قليايي بيكن را به منظور كاهش وزن و افزايش طول عمر اصلاح نموده و آن را در برنامه فضايي آپولو به كار بردند. در هر دو پروژه پيل‌سوختي بعنوان منبع انرژي الكتريكي براي فضاپيما استفاده شدند. اما در پروژه آپولو پيل‌هاي سوختي براي فضانوردان آب آشاميدني نيز توليد مي‌كرد. پس از کاربرد پيل‌هاي سوختي در اين پروژه‌ها، دولت‌ها و شركت‌ها به اين فن‌آوري جديد به عنوان منبع مناسبي براي تولید انرژي پاك در آينده توجه روزافزوني نشان دادند.

از سال 1970 فنآوري پيل‌سوختي براي سيستم‌هاي زميني توسعه يافت. تحريم نفتي از سال1973-1979 موجب تشديد تلاش دولتمردان امريكا و محققين در توسعه اين فن‌آوري به جهت قطع وابستگي به واردات نفتي گشت.

در طول دهه 80 تلاش محققين بر تهيه مواد مورد نياز، انتخاب سوخت مناسب و كاهش هزينه استوار بود. همچنين اولين محصول تجاري جهت تامين نيرو محركه خودرو در سال1993 توسط شركت بلارد ارائه شد.

انواع پيل‌سوختي و خصوصيات هر يك در جدول زير مشخص است.
 

تاريخچه پيل‌سوختي قليايي
فرانسيس بيکن آزمايشات خود در زمينه الکتروليت قليائي را در اواخر سال 1930 آغاز نمود و هيدروکسيدپتاسيم جايگزين الکتروليت اسيدسولفوريك که به تازگي توسط گرو کشف شده بود، گرديد. هيدروکسيدپتاسيم کارایي مشابه اسيد سولفوريك دارد ولي خورنده الکترودها نمي باشد. پيل بيکن همچنين از الکترودهاي نفوذ گاز متخلخل تشكيل شده بود. الکترودهاي متخلخل، مساحت سطح را افزايش داده موجب واکنش بين الکترود، الکتروليت و سوخت مي‌گردد. همچنين بيکن گازهاي فشرده را جهت جلوگیری از پديده طغيان به کار برد. پس از گذشت 12 سال، بيکن جهت ارائه پيل سوختی قليائي در مقياس بزرگ پيشرفت کافي ایجاد نمود.
در سال 1959 Allis-Chalmers یک تراکتور پیل سوختی ارائه نمود که توان سری پیل سوختی آن 15000 وات و متشکل از 1008 تک سل بود. این تراکتور قادر به کشیدن وزن 3000 پوند بود. Allice-Chalmer، برنامه‌هاي تحقيقاتي خود را با ساخت کاميون گلف، زيردريايي و جرثقيل ادامه داد. سازمان نيروي هوايي امريکا در اين برنامه‌ها مشارکت داشت.
شرکت Union Carbide در اواخر دهه1950 و 1960 آزمايشاتي را بر روي پيل‌هاي سوختی قليایي انجام داد. آنها پيل‌هاي ‌سوختي با الکترود نفوذ گاز از جنس کربن را در دستگاه رادار براي ارتش امريکا و به عنوان نيرومحرکه موتورسيکلت‌ به کار گرفتند. در همان زمان ادوارد جاستی از آلمان الکترودهاي نفوذ‌کننده گاز از جنس نیکل اسفنجی که بر روي ماتريس نيکل‌کربونيل نگهداري مي‌شدند را ارائه نمود.
در اوايل سال 1960 سازنده‌هاي موتورهاي هواپيماي Pratt و سازمان Whitney، ارائه دهنده گواهينامه به اختراعات بيکن و سازمان بين‌المللي هوانوردي و مديريت فضا (ناسا) قرار ساخت آپولو فضاپيما با پيل‌سوختي قليائي را بستند.
پيل‌هاي‌سوختي قليائي با چالش‌هايي روبرو هستند از جمله: نياز به هيدروژن خالص و کاتاليست گران قيمت پلاتين دارند و از طرف ديگر پيل‌هاي‌سوختي رقابت سختي با انواع ديگر پيل‌هاي‌سوختي در پيش‌رو دارند.
فعاليت تحقيقاتي دكتر فرانسيس بيكن نقش مهمي در گسترش و ارائه پيل‌هاي سوختي قليايي داشته است. بيكن (Bacon) كار تحقيقاتي خود را در اين زمينه از سال 1932 آغاز كرد و ساخت يك مولد 5 كيلوواتي از پيل‌سوختي قليايي را به همراه ارزيابي كارايي اين پيل در سال 1952 به پايان رساند.
در آلمان بيشترين تلاش‌ها در زمينه پيل‌سوختي قليايي توسط دو شركت زيمنس (siemens) و وارتا (Varta) انجام شد. در اين شركت‌ها علاوه بر پيل‌سوختي قليايي تلاش براي توليد پيل‌هاي‌سوختي ديگر با الكتروليت‌هاي متفاوت نيز انجام مي‌شد. هر دو شركت بر روي پيل‌سوختي با سوخت هيدرازين و متانول كار مي‌كردند كه پس از چند سال كار بر روي اين سوخت‌ها، تلاش‌ها در اين زمينه‌ها متوقف شد.
در اوائل دهه 1970 شركت زيمنس (siemens) پيل‌سوختي قليايي با سوخت (H2-O2) را به عنوان زمينه مناسب براي فعاليتهاي‌ بعدي انتخاب كرد. الكترود مورد استفاده در اين پيل از فلزات كمياب و گرانقيمت نبود. الكترودها عبارت بودند از "راني نيكل" (آلياژ نيکل و آلومينيم در آند و نقره در كاتد). كار بر روي اين نوع پيل‌سوختي در شركت زيمنس ادامه پيدا كرد تا اينكه در نيمه‌هاي دهه هفتاد، يك واحد 6 كيلووات پيل‌سوختي قليايي با طراحي مهندسي قابل توجه جهت كاهش حجم ارائه شد. وزن اين واحد 85 كيلوگرم و توان و ولتاژ توليدي آن 6 کيلووات در 48 ولت بود.
در ايالات متحده شرکت UTC مولد پيل‌سوختي 7 كيلووات را جهت کاربري در سفينه‌هاي فضايي و ماهواره‌ها توليد نمود. از دهه هفتاد تا کنون اين نوع پيل‌سوختي برق و آب مورد نياز براي سفينه هاي فضايي را تامين مي‌كند.

تاريخچه پيل‌سوختي اسيد فسفريك (PAFC)
استفاده از اسيد به عنوان الکتروليت از سال 1842 توسط گرو آغاز شد. او از اسيد سولفوريک استفاده کرد، اما اسيد فسفريک يک رساناي ضعيف الکتريسيته بوده و جذاب نبود. بنابراين PAFCنسبت به ساير انواع پيل‌سوختي آهسته‌تر توسعه يافتند. در سال 1961، المر و تانر در مقاله‌اي به نام " پيل‌هاي‌سوختي با دماي مياني" موفقيت‌هاي تازه‌اي را منتشر ساختند. آنها تشريح نمودند که در آزمايشاتشان از الکتروليتي استفاده کردند که 35 درصد اسيدفسفريک و 65 درصد پودر سيليکاي چسبيده شده به يک واشر تفلوني دارد. آنها اذعان نمودند که بر خلاف اسيدسولفوريک، اسيدفسفريک تحت شرايط عملياتي پايداري خود را به لحاظ الکتروشيمي از دست نمي‌دهد.
مهمترين فعاليت‌ها در زمينه توليد پيل‌سوختي اسيد فسفريک در اواخر دهه 1960 تحت نام پروژهTARGET توسط گروهي متشكل از متخصصين صنايع برق و گاز آغاز شد. هدف اصلي از اين برنامه گسترش نيروگاه‌هاي توليد توامان برق و حرارت جهت مصارف خانگي و كوچك بود. پيل‌سوختي اسيد فسفريك به دليل عدم حساسيت به CO2 در اين زمينه مورد استفاده قرار گرفت.
تعداد 65 مولد پيل‌سوختي اسيد فسفريک با سوخت گاز طبيعي توسط شركت‌هاي سازنده موتور هواپيما Patt و شركت Whitney و با همکاري شرکت گاز آمريکا در فاصله زماني 83-1969 در آمريكا، كانادا و ژاپن، نصب و راه اندازي گرديد. توان اين واحدها از 15 کيلووات در سال 1969 به 5 مگاوات در سال 1983 رسيد.
همچنين آزمايشگاه ملي لوس‌آلاموس مطالعات پيل‌سوختي را آغاز نمود و با هدف ساخت خودروي برقي يک خودروي گلف را با پيل‌سوختي اسيدفسفريک ارائه نمود.
افزايش ميزان تحقيقات به منظور پاسخ دادن به نيازهاي تجاري در زمينه توليد تجاري پيل‌هاي سوختي بوده و فعاليت هاي زيردر جهت پيشرفت پيل‌سوختي اسيد فسفريک به منظور دستيابي به بازارهاي تجاري انجام شد:
1. توليد، نصب و راه اندازي 48 واحد نيروگاه 40 کيلووات پيل‌سوختي اسيد فسفريک به منظور توليد همزمان برق و حرارت از سال 1976. اين پروژه با حمايت GRI و DOE انجام شد.
2. نصب نيروگاه‌هاي 1 مگاوات و 5/4 مگاوات جهت توليد انرژي الکتريکي توسط شرکت UTC. همچنين نصب 245 واحد PC25 با توان 200 کيلووات را از سال 1990 به فروش رسانيد.
3. فعاليتهاي تحقيقاتي توسط شرکت‌هاي Westinghouse و Engelhard در زمينه توسعه نيروگاه‌هاي پيل‌سوختي اسيد فسفريک (PAFC) با سيستم خنک کننده هوا يا روغن.
بحران انرژي در سال 1973 سبب افزايش فعاليت ها در زمينه احداث نيروگاه‌هاي پيل‌سوختي اسيد فسفريک شد. اين پيشرفت‌ها نه تنها در ايالات متحده بلكه در ژاپن هم مشاهده شد.
در ژاپن برنامه Moonlight با پشتيباني دولت ژاپن، به توسعه فن‌آوري‌هايي با مصرف بهينه انرژي پرداخت. اين برنامه‌ها شامل ساخت و نصب دو نيروگاه يک مگاوات از پيل‌سوختي اسيد فسفريک مي‌شد.


تاريخچه پيل‌سوختي کربنات مذاب (MCFC)
تاريخچه توسعه فن‌آوري پيل‌هاي سوختي اکسيد جامد وکربنات مذاب در يک مسير قرار داشتند تا اينکه در دهه 1950 مسير تحقيقات در رابطه با اين دو نوع پيل‌سوختي از يکديگر جدا شد. در دهه 1930 در کشور سوئيس Emil Baur و H. Preis آزمايشاتي را با الکتروليت اکسيد‌جامد در دماي بالا انجام دادند و با مشکلاتي از قبيل هدايت الکتريکي و واکنش‌هاي جانبي ناخواسته روبرو شدند. واکنش‌هاي جانبي از قبيل واکنش الکتروليت با گاز مونوکسيدکربن و گازهاي واکنش‌گر بودند.
در انتهاي دهه1950 دانشمندان آلماني Broers و Ketelaar بر پايه تجربيات قبلي و تجربه غير موفق الکتروليت اکسيد جامد، توجه خود را بر روي الکتروليت نمک‌هاي ‌کربنات مذاب متمرکز کردند.
کار با الکتروليت‌هاي کربنات مذاب راحتتر بوده و نيازي به فرآيندهاي پيچيده توليد پيل‌سوختي اکسيد جامد وجود نداشت. با توجه به دماي بالاي کارکرد اين نوع پيل‌سوختي و مزاياي متعدد آن بحث نيروگاهي اين نوع پيل‌سوختي مورد توجه قرار گرفته است.
در سال 1960 بروئرس (Broers)و کتيلار (Ketelaar) گزارش کردند که موفق به ساخت يک تک سل شده‌اند که در ساخت آن از الکتروليت کربنات مذاب با مخلوط کربنات‌هاي ليتيم، سديم و پتاسيم توزيع شده در بستر اکسيد منيزيم استفاده شده است اين تک سل به مدت 6 ماه کارکرد داشته است. با اين وجود Broers و Ketelaar متوجه شدند که يون کربنات با گذشت زمان با اجزاي سل وارد واکنش شده و مصرف مي‌شود.
تقريباً در همين زمان دکتر فرانسيس بيکن از الکتروليت کربنات مذاب بدون استفاده از بستر، جهت ساخت پيل‌سوختي کربنات مذاب استفاده کرد و در نهايت تحقيقات دو گروه فوق بر روي الکتروليت با ساختار خمير مانند متمرکز شد.
در نيمه‌هاي دهه 1960 مرکز تحقيقات و گسترش وسايل قابل حمل ارتش ايالات متحده (MERDC) پيل‌سوختي کربنات مذاب ساخته شده توسطTexas Instrument را مورد آزمايش قرار داد. محدودة توان اين پيل‌هاي ‌سوختي بين 100 تا 1000 وات بود. اين پيل‌هاي ‌سوختي مجهز به مبدل سوخت خارجي بوده و با سوخت بنزين کار مي‌کردند.

تاريخچه پيل‌سوختي اكسيد جامد (SOFC)
در سال 1899 اولين اكسيد جامد با خاصيت هدايت يوني توسط نرنست با فرمول (ZrO2)0.85 (Y2O3)0.15 ساخته شد. درسال 1937 بار و پريس اين مواد را براي ساخت اولين پيل‌سوختي اكسيد جامد مورد استفاده قرار دادند. آند در اين پيل‌سوختي از جنس كك و كاتد از جنس اكسيد آهن بود و دماي كاركرد اين پيل‌سوختي1050 درجه سانتيگراد و گازهاي واكنش دهنده در اين پيل‌سوختي هيدروژن و هوا بودند. دانسيته جريان 1 و ولتاژ توليدي سل mV 650 بود.
در تحقيقات بعدي ويسبارت و روكا پيل‌سوختي اكسيد جامدي را تهيه كردند كه در آن زيركونيا پايدار شده توسط كلسيم به عنوان الكتروليت استفاده شده بود. در اين نوع پيل‌سوختي هيدروژن و هيدروكربن‌ها به عنوان سوخت مورد استفاده قرار گرفتند. مقاومت لايه ضخيم الكتروليت، ولتاژ خروجي را محدود مي‌کرد.
در سال 1940 شرکت روسي Davtyan از ترکيب شن مونازيت با کربنات سديم، تري اکسيد تنگستن به منظور افزايش هدايت‌پذيري و مقاومت مکانيکي استفاده نمودند.
اولين سري پيل‌سوختي اكسيد جامد (SOFC) توسط آرچر و همكارانش در سال 1965 توليد شد. توان اين پيل 100 وات و الكتروليت آن زير‌كونياي پايدار شده توسط كلسيم بود و الكترودها از جنس پلاتين سينتر شده بودند. الكترودهاي گران قيمت پلاتين كه در ابتدا در اين نوع پيل‌سوختي مورد استفاده قرار مي‌گرفت، با الكترودهايي از جنس سرميت (مخلوط سراميك و فلز) نيكل و زيركونيا جايگزين شدند. الكترودهايي از جنس اكسيدهاي فلزي هادي الكتريسته نيز مورد آزمايش و بررسي قرار گرفتند.
در اواخر سال 1950، تحقيقات در زمينه فن‌آوري اکسيد جامد در سازمان مرکز صنعتي در Hague، هلند و اتحاديه شرکت‌هاي ذغال سنگ در پنسيلوانيا و جنرال الکتريک روند پرشتابي را آغاز کرد.
شرکت وستينگهاوس در سال 1962 از اکسيد زيرکنيم و اکسيد کلسيم استفاده نمود. امروزه در حدود 40 شرکت در زمينه پيل‌سوختي اکسيدجامد به تحقيق و توسعه مشغول هستند.

تاريخچه پيل‌سوختي پليمري
فن‌آوري پيل‌سوختي پليمري در سال1960در شرکت جنرال الکتريک توسط T. Grubb و L. Niedrach ابداع شد. اولين موفقيت جنرال الکتريک در تولید پیل سوختی پلیمری در اواسط دهه1960 در پی همکاري اين شرکت با U.S. Navy’s Bureau of Ship وU.S. Army Signal Corp. به منظور ساخت مولدهاي کوچک برق بود. اين مولدها با سوخت هيدروژن توليدي از ترکيب آب و هيدريد ليتيم تغذیه می شود. پيل‌سوختي تهيه شده کوچک و قابل حمل بود و در آن از کاتاليست گران قيمت پلاتين استفاده شده بود.
تکنولوژي پيل‌سوختي پليمري در پروژه جمینی ناسا نيز مورد استفاده قرار گرفت. در برنامه‌هاي فضايي Mercury از باطري‌ به عنوان منابع تامين انرژي استفاده شد ولي براي پروژه آپولو نياز به وسيله‌اي با طول عمر بيشتر بود. لذا براي اين منظور پيل‌هاي سوختي پليمري ساخت شرکت جنرال الکتريک مورد تست و آزمايش قرار گرفت. ولي مدل های اولیه پيل‌سوختي پليمري(PB2) با برخي مشکلات از قبيل نشت اکسيژن از میان غشاء و اثر آلوده کننده ها بر روي عملکرد سل و طول عمر پائين غشاء مواجه ‌شد. از اينرو جنرال الکتريک پيل‌سوختي خود را مورد باز بيني قرار داد و مدل P3 را توليد کرد و با وجود کارکرد ضعیف آن در Gemini5 مورد استفاده قرار گرفت. ناسا در پروازهای فضایی بعدی خود از پیل سوختی قلیایی استفاده نمود.
شرکت جنرال الکتریک فعالیت خود را در دهه 1970 با توسعه فنآوری الکترولیز جهت تجهیزات زیر دریایی با حمایت واحد تولید اکسیژن نیروی دریایی امریکا آغاز نمود. ناوگان انگلیسی Royal در اوایل دهه 1980 این فن آوری را برای ناوگان زیر دریایی خود پذیرفت.
در اوایل دهه1990 سایر گروه ها نیز تحقیقات در این زمینه را آغاز نمودند. آزمایشگاه ملی لوس آلاموس و دانشگاه A&M روش هايی را جهت کاهش میزان کاتالیست مورد نیاز آزمایش نمودند.

تاريخچه پيل‌سوختي متانولي
پيل‌سوختي متانولي جديدترين فن‌آوري پيل‌سوختي در دهه اخير است. در سال 1995 پيشرفتهاي قابل توجهي در زمينه فن‌آوري پيل‌سوختي متانولي در مقیاس بزرگ در آمريکا آغاز شد.
مطالعات اولیه در JPL (1997)، و در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس(2000) و در دانشگاه ایالتی Penn (2001) انجام شد. درحال حاضر در اغلب مراکز تحقيقاتي و بيشتر شرکت‌هاي پيل‌سوختي از جمله موتورلا، هیتاچی و توشیبا تحقيق و توسعه برروي پيل‌سوختي متانولي در حال اجرا مي‌باشد.

پيل سوختي ميكروبي
در پايان قرن اخير، ايده استفاده از پيل‌هاي ميكروبي در تلاش براي توليد الكتريسيته ارائه شد. به گونه‌اي كه M.C. Potter پروفسور گياه‌شناسي در دانشگاه Durham، اولين كسي بود كه در سال 1911 كار بر روي آن را آغاز نمود. Potter قصد توليد الكتريسيته از E. coli را داشت. در سال 1931، Branet Cohen با ايجاد تعدادي پيل‌سوختي ميكروبي نيمه كه به صورت سري به يكديگر متصل شده بودند و ظرفيت توليد بيش از 35 ولت تنها با 2 ميلي‌آمپر جريان را داشتند. كار وي را ادامه داد. فعاليت بيشتر در اين زمينه توسط DelDuca و همكاران صورت گرفت. آن‌ها از هيدروژن توليد شده توسط تخمير گلوكز با Clostridium butyricum كه به عنوان ماده واكنش دهنده در آند پيل‌سوختي هوايي و هيدروژن قرار داشت، استفاده نمود. متأسفانه با وجود آن‌كه پيل كار نمود، به دليل طبيعت ناپايدار توليد هيدروژن از طريق ميكروارگانيسم‌ها غيرقابل اطمينان بود. اگرچه اين مسئله در ادامه توسط سوزوكي و همكاران در سال 1976 حل شد).
حتي با گذشت زمان از كار سوزوكي جزئيات كمي از چگونگي عملكرد پيل‌سوختي ميكروبي بدست آمد تا اين‌كه بررسي بيشتر توسط MJ Allen و در ادامه توسط H. Peter Benetto هر دو از King College لندن، صورت گرفت. Bennetto پيل‌سوختي را به عنوان يك روش براي توليد الكتريسينه براي كشورهاي جهان سوم مدنظر قرار داد. او كار خود را در اوايل دهه 1980 شروع و به فهم چگونگي عملكرد پيل‌هاي‌سوختي كمك شايان توجهي نمود.
هم‌اكنون يافته‌ها حاكي از آن است كه الكتريسيته مي‌تواند مستقيماً از تجزيه مواد آلي در يك پيل‌سوختي ميكروبي توليد شود، اگرچه مكانيسم دقيق فرآيند هنوز بايد به درستي مشخص گردد. همانند يك پيل‌سوختي معمولي، يك MFC نيز داراي محفظه كاتدي و آندي دقيق فرآيند مي‌باشد، به‌گونه‌اي كه محفظه آندي غير هوازي از درون به محفظه كاتدي توسط يك غشاء تبادل يوني متصل شده است و مدار به كمك يك سيم خارجي كامل مي‌شود.
ددر ماه مي سال 2007، دانشگاه Queen Sland در استراليا، نمونه آزمايشي MFC خود را به صورت يك پروژه مشترك با شركت Fosters Brewing، تكميل نمود. اين نمونه آزمايشي، با حجم 10 ليتر، فاضلاب كارخانه تخمير را به دي‌اكسيدكربن، آب تميز و الكتريسيته تبديل مي‌نمود. با انجام موفقيت‌آميز اين نمونه آزمايشي، طرح‌هايي براي توليد پياپي 660 گالني ريخته شد تا ميزان تقريبي 2 كيلووات انرژي را تأمين نمايد. اگرچه مقدار انرژي توليدي قابل چشم‌پوشي است، توليد آب تميز براي استراليا از درجه اهميت بالاتري برخوردار بود.

مزایا و معایب :

مزاياي پيل سوختي:

· پيل سوختي آلودگي ناشي از سوزاندان سوختهاي فسيلي را حذف نموده و تنها محصول جانبي آن آب مي باشد.

· در صورتيكه هيدروژن مصرفي حاصل از الكتروليز آب باشد نشر گازهاي گلخانه اي به صفر مي رسد.

· بدليل وابسته نبودن به سوختهاي فسيلي متداول نظير بنزين و نفت، وابستگي اقتصادي كشورهاي ناپايدار اقتصادي را حذف مي كند.

· با نصب پيلهاي سوختي نيروگاهي كوچك، شبكه غيرمتمركز نيرو گسترده مي گردد.

· پيل هاي سوختي راندمان بالاتري نسبت به سوختهاي فسيلي متداول نظير نفت و بنزين دارد.

· هيدروژن در هر مكاني از آب و برق توليد مي گردد. لذا پتانسيل توليد سوخت، غيرمتمركز خواهد شد.

· اكثر پيلهاي سوختي در مقايسه با موتورهاي متداول بسيار بي صدا هستند.

· انتقال گرما از پيلهاي دما پايين بسيار كم مي باشد لذا آنها را براي كاربردهاي نظامي مناسب خواهد شد.

· زمان عملكرد آنها از باتريهاي متداول بسيار طولاني تر است. فقط با دو برابر نمودن سوخت مصرفي مي توان زمان عملكرد را دو برابر نمود و نيازي به دو برابر كردن خود پيل نمي باشد.

· سوختگيري مجدد پيلهاي سوختي به راحتي امكان پذير مي باشد و هيچگونه اثرات حافظه اي بر جاي نمي گذارد.

· بعلت عدم وجود اجزاي متحرك نگهداري از آنها بسيار ساده مي باشد.

· نصب و بهره برداري از پيل هاي سوختي بسيار ساده و مقرون به صرفه مي باشد.

· پيل هاي سوختي مدولار مي باشند يعني براحتي توان توليدي از آنها قابل افزايش مي باشد.

· اين مولدها قابليت توليد همزمان برق و حرارت را دارند.

· امكان استفاده از سوختهاي تجديدپذير و سوختهاي فسيلي پاك در آنها وجود دارد.

· به ميكروتوربين ها متصل مي گردند.

· پيل سوختي به تغيير بار الكتريكي پاسخ مي دهد.

· پيل سوختي امكان توليد برق مستقيم با كيفيت بالا را دارد.

· دانسيته نيروي بالا دارد.



معايب پيل سوختي :

· سوختگيري پيل هاي سوختي مشكل اصلي پيلهاي سوختي است. توليد، انتقال، توزيع و ذخيره بعلت نبودن زيرساخت مناسب مشكل مي باشد.

· تبديل هيدروكربن به هيدروژن از طريق مبدل هنوز با چالش هايي روبروست و هنوز فن آوري كاملاً پاك نمي باشد.

· برد خودروهاي پيل سوختي كوتاهتر و زمان سوختگيري و استارت زدن طولاني تري نسبت به خودروهاي متداول دارند.

· پيل هاي سوختي از باتريهاي متداول سنگين تر هستند و محققين در پي كاهش وزن آنها مي باشند.

· توليد پيل سوختي بدليل نداشتن خط توليد هنوز گران است.

· برخي پيلهاي سوختي از مواد گرانقيمت استفاده مي كنند.

· اين فن آوري هنوز كاملاً توسعه نيافته و محصولات كمي از آن موجود است.