بحث عن خلايا الوقود
تستخدم خلية الوقود الطاقة الكيميائية للهيدروجين أو وقود آخر لإنتاج الكهرباء بشكل نظيف وفعال. إذا كان الهيدروجين الوقود والكهرباء والماء والحرارة هي المنتجات الوحيدة. تكون خلايا الوقود فريدة من حيث تنوع تطبيقاتها المحتملة ؛ يمكن أن توفر الطاقة لأنظمة كبيرة مثل محطة طاقة منفعة وصغيرة مثل كمبيوتر محمول.لماذا دراسة خلايا الوقود
يمكن استخدام خلايا الوقود في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك النقل ومناولة المواد وتطبيقات الطاقة الاحتياطية الثابتة والمحمولة وتطبيقات الطوارئ. تتمتع خلايا الوقود بالعديد من الفوائد على التقنيات التقليدية القائمة على الاحتراق المستخدمة حاليًا في العديد من محطات توليد الطاقة ومركبات الركاب. يمكن لخلايا الوقود أن تعمل بكفاءة أعلى من محركات الاحتراق ، ويمكن أن تحول الطاقة الكيميائية في الوقود إلى طاقة كهربائية بكفاءة تصل إلى 60٪. تحتوي خلايا الوقود على انبعاثات أقل من محركات الاحتراق. تنبعث خلايا وقود الهيدروجين من الماء فقط ، لذلك لا توجد انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ولا توجد ملوثات هواء تخلق الضباب الدخاني وتتسبب في مشاكل صحية عند التشغيل. أيضا ، تكون خلايا الوقود هادئة أثناء التشغيل حيث تحتوي على عدد أقل من الأجزاء المتحركة.
كيف تعمل خلايا الوقود
تعمل خلايا الوقود مثل البطاريات ، لكنها لا تعمل أو تحتاج إلى إعادة الشحن. أنها تنتج الكهرباء والحرارة طالما يتم توفير الوقود. تتكون خلية الوقود من قطبين - قطب سالب (أو قطب) و قطب موجب (أو كاثود) - محصوران حول إلكتروليت. يتم تغذية الوقود ، مثل الهيدروجين ، إلى الأنود ، ويتم تغذية الهواء إلى الكاثود. في خلية وقود الهيدروجين ، يقوم محفز عند الأنود بفصل جزيئات الهيدروجين إلى بروتونات وإلكترونات ، والتي تأخذ مسارات مختلفة إلى الكاثود. تمر الإلكترونات عبر دائرة خارجية ، مما يخلق تدفقًا للكهرباء. تهاجر البروتونات من خلال المنحل بالكهرباء إلى الكاثود ، حيث تتحد مع الأكسجين والإلكترونات لإنتاج الماء والحرارة. تعلم المزيد عن:
أجزاء من خلية وقود
أنظمة خلايا الوقود
أنواع خلايا الوقود.
شاهد الرسوم المتحركة الخاصة بخلايا الوقود في مكتب خلية خلايا الوقود لمعرفة كيفية عمل خلية الوقود.
أهداف البحث والتطوير
تعمل وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) بشكل وثيق مع المختبرات الوطنية والجامعات وشركاء الصناعة للتغلب على الحواجز التقنية الحرجة التي تحول دون تطوير خلايا الوقود. لا تزال التكلفة والأداء والمتانة تحديات رئيسية في صناعة خلايا الوقود. عرض الروابط ذات الصلة التي تقدم تفاصيل حول أنشطة خلايا الوقود الممولة من وزارة الطاقة.
التكلفة - يمثل البلاتين أحد أكبر مكونات التكلفة لخلايا الوقود ، لذا يركز الكثير من البحث والتطوير على المناهج التي ستزيد نشاط واستخدام محفزات مجموعة البلاتين المعدنية الحالية (PGM) والمحفزات المصنوعة من سبائك PGM ، بالإضافة إلى محفز غير PGM نهج للتطبيقات طويلة الأجل.
الأداء - لتحسين أداء خلايا الوقود ، يركز البحث والتطوير على تطوير إلكتروليتات غشاء التبادل الأيوني مع تحسين الكفاءة والمتانة بتكلفة مخفضة ؛ تحسين تجميعات القطب الغشائي (MEAs) من خلال تكامل مكونات MEA الحديثة ؛ تطوير نماذج النقل والتجارب داخل الموقع وخارجه لتوفير البيانات للتحقق من صحة النموذج ؛ تحديد آليات التدهور ووضع نهج للتخفيف من آثارها ؛ والحفاظ على الأنشطة الأساسية للمكونات والأنظمة الفرعية والأنظمة المصممة خصيصًا لتطبيقات الطاقة الثابتة والمحمولة.
المتانة - عامل الأداء الرئيسي هو المتانة ، من حيث عمر نظام خلية الوقود التي تلبي توقعات التطبيق. أهداف متانة وزارة الطاقة لخلايا الوقود الثابتة وخلايا النقل هي 40000 ساعة و 5000 ساعة ، على التوالي ، في ظل ظروف تشغيل واقعية. في أكثر التطبيقات تطلبًا ، تتضمن ظروف التشغيل الواقعية الشوائب في الوقود والهواء ، وبدء التشغيل والتوقف ، والتجميد والذوبان ، والرطوبة ودورات الحمل التي تؤدي إلى ضغوط على الاستقرار الكيميائي والميكانيكي لمواد ومكونات نظام خلية الوقود. يركز البحث والتطوير على فهم آليات تدهور خلايا الوقود وتطوير المواد والاستراتيجيات التي من شأنها التخفيف منها.