كيف تعمل خلايا الوقود

ما هي خلايا الوقود

يُطلق مصطلح خلايا الوقود على أي نوع من أنواع الأجهزة التي تعمل على تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة كهربائية بشكلٍ مباشرٍ عن طريق التفاعلات الكهروكيميائية، ويُمكن القول أن هُناك تشابه ما بين خلايا الوقود والبطاريات بعدّة مجالات، ولكن يكمن الاختلاف بأنّ الخلايا تسهم في تزويد الطاقة الكهربائية على مدى وقت طويل ويعود السبب في ذلك إلى تزويد الخلايا بالوقود والهواء أو الأكسجين بالتحديد بشكلٍ مستمرٍ من مصادر خارجيّة بعكس البطارية التي تحتوي على كمية محددة من مادة الوقود والمؤكسدات التي تُستهلك بالاستخدام، ولذلك لقد استُخدمت خلية الوقود في الأقمار الصناعية ومجسات الفضاء والمركبات الفضائية المأهولة على مدى عقود.^[١]

كيف تعمل خلايا الوقود

للتمكّن من شرح كيف تعمل خلايا الوقود يُمكن ذكر آلية عمل خلية وقود غشاء تبادل البوليمر وهي إحدى أبرز أنواع تقنيات خلايا الوقود؛حيث يُمكن أن تسهم هذه الخلية بتزويد السيارات أو الحافلات أو حتى المنازل بالطاقة، كما أنّها تستخدم أبسط أنواع التفاعلات لأيّ خلية وقود، وتتكوّن من أربعة أقسام وهي الأنود أو المصعد والكاثود أو المهبط والكهرل أو المحلول الكهربائي؛ التي يمثل غشاء تبادل البروتون والعامل المحفّز وهي مادة حافزة في الكيمياء، وفيما يأتي ذكر لكيف يعمل هذا النوع من الخلايا:^[٢]

• يدخل غاز الهيدروجين المضغوط خلية الوقود من اتجاه المصعد.
• يُدفع هذا الغاز عبر المادة الحافزة عن طريق الضغط.
• ينقسم جزيء الهيدروجين H2 إلى أيونين هيدروجين موجبين وإلكترونين عندما يتصل بالبلاتنيوم الذي يُوجد على المحفز.
• تُقاد الإلكترونات عبر المصعد وتجري بطريقها عبر الدارة الخارجية بحيث تعمل على إدارة المحرك ثمّ تعود إلى جهة المهبط من الخلية.
• يحدث في نفس الوقت على المهبط بأن يُدفع الأكسجين عبر المحفز لينقسم إلى ذرتين تحملان شحنة سالبة قوية.
• تجذب الشحنة السالبة أيون الهيدروجين الموجب عبر الغشاء لتجتمع مع ذرة الأكسجين وإلكترونين من الدارة الخارجية لتكوين جزيء الماء.
• يولّد هذا التفاعل في الخلية الواحدة 0.7 فولت من الكهرباء.

أنواع خلايا الوقود

إن خلايا الوقود موجودة منذ أكثر ما يقارب 150 عام لغاية الآن، ويعتمد نوع خلايا الوقود على الكهرل المُستخدم في مكوناتها، وبغض النّظر عن النوع فتتميّز جميع أنواع هذه الخلايا بامتلاكها للعديد من الإيجابيات أو الفوائد بالإضافة لبعض السلبيات، وعلى الرّغم من إسهامها في توليد الطاقة إلّا أنها ذات تكلفة مادية عالية كما أنّها ليست فعّالة بشكلٍ كافٍ لاستبدالها بالسوائل التقليدية لتوليد الطاقة مثل حرق الفحم أو الكهرباء الهيدرولكية أو محطات توليد الطاقة النووية، وفيما يأتي ذكر لأنواع خلايا الوقود الخمسة الرئيسة:^[٣]

• الخلية القلوية التي تعمل على الهيدروجين والأكسجين المضغوطين.
• خلية الكربون المنصهر التي تستخدم مركبات بدرجات حرارة عالية كمحلول كهربائي.
• خلية حمض الفسفور التي تستخدم هذا حمض الفسفوريك كمحلول كهربائي.
• خلية وقود تبادل غشاء البروتون التي تستخدم البوليمر كمحلول كهربائي.
• خلية وقود الأكسيد الصلب التي تستخدم مركبات السيراميك كمحلول كهربائي.

المراجع[+]

1. ↑ "Fuel cell"، www.britannica.com، Retrieved 3-4-2020. Edited
2. ↑ "How Fuel Cells Work", auto.howstuffworks.com, Retrieved 3-4-2020. Edited.
3. ↑ "Fuel Cell Basics", americanhistory.si.edu, Retrieved 3-4-2020. Edited.