بحث عن خلايا الوقود
الخلية الوقود هي جهاز يولد الكهرباء من خلال تفاعل كيميائي، حيث تحتوي كل خلية وقود على قطبين يسميان الأنود والكاثود، وتحدث التفاعلات التي تنتج الكهرباء عند الأقطاب الكهربائية، وتحتوي كل خلية وقود أيضا على محفز يسرع ردود الفعل على الأقطاب، والذي يحمل الجزيئات المشحونة كهربائيا من القطب إلى الآخر .
الهيدروجين هو الوقود الأساسي
الهيدروجين هو المصدر الأساسي للوقود، ولكن خلايا الوقود تحتاج أيضا إلى الأكسجين. إحدى مزايا خلايا الوقود الكبيرة هي أنها تنتج كمية قليلة جدا من التلوث البيئي عند توليد الكهرباء. يتم دمج الهيدروجين والأكسجين المستخدمين في توليد الكهرباء في نهاية المطاف لتشكيل منتج ثانوي غير ضار، وهو الماء. تولد خلية وقود واحدة كمية صغيرة من التيار الكهربائي المستمر (التيار المباشر)، وعادة ما يتم تجميع العديد من خلايا الوقود في كومة في التطبيق العملي .
كيف تعمل خلايا الوقود
الغرض من خلية الوقود هو إنتاج تيار كهربائي يمكن توجيهه خارج الخلية للقيام بالعمل ، مثل تشغيل محرك كهربائي أو إضاءة مصباح كهربائي أو مدينة، وبسبب الطريقة التي تتصرف بها الكهرباء ، يعود هذا التيار إلى خلية الوقود ، مكملاً دارة كهربائية، وهناك عدة أنواع من خلايا الوقود ، وتعمل كل منها بطريقة مختلفة قليلاً، ولكن بشكل عام ، تدخل ذرات الهيدروجين إلى خلية وقود في الأنود، حيث يزيلها تفاعل كيميائي من إلكتروناتها، وذرات الهيدروجين هي الآن “متأينة” وتحمل شحنة كهربائية موجبة، توفر الإلكترونات سالبة الشحنة التيار من خلال الأسلاك للقيام بالعمل، وإذا كان هناك حاجة إلى التيار المتناوب (AC) ، فيجب توجيه مخرج DC لخلية الوقود من خلال جهاز تحويل يسمى العاكس .
يدخل الأكسجين إلى خلية الوقود عند الكاثود ، وفي بعض أنواع الخلايا ، يتحد مع الإلكترونات العائدة من الدائرة الكهربائية وأيونات الهيدروجين التي انتقلت عبر الإلكتروليت من الأنود، وفي أنواع أخرى من الخلايا ، يلتقط الأكسجين الإلكترونات ، ثم ينتقل عبر الإلكتروليت إلى الأنود ، حيث يتحد مع أيونات الهيدروجين، ويلعب المنحل بالكهرباء دوراً رئيسياً، حيث يجب أن يسمح فقط للأيونات المناسبة بالمرور بين الأنود والكاثود، وإذا كانت الإلكترونات الحرة أو المواد الأخرى يمكن أن تنتقل عن طريق الإلكتروليت ، فإنها ستعطل التفاعل الكيميائي .
سواء كانوا يتحدون في القطب الموجب أو الكاثود، فإن الهيدروجين والأكسجين معا يشكلان المياه. وتستنزف المياه من الخلية. وطالما يتم تزويد خلية وقود بالهيدروجين والأكسجين، فإنها ستولد الكهرباء. والأمر الأفضل من ذلك هو أن خلايا الوقود تنشئ الكهرباء كيميائيا بدلا من الاحتراق، وبالتالي فهي لا تخضع للقوانين الديناميكية الحرارية التي تحد من محطة الطاقة التقليدية. لذلك، تكون خلايا الوقود أكثر كفاءة في استخراج الطاقة من الوقود، ويمكن أيضا استغلال الحرارة المهدرة من بعض الخلايا، مما يزيد من كفاءة النظام .
لماذا لا يتم بناء خلية وقود بسهولة
قد لا يكون من الصعب توضيح الأعمال الأساسية لخلية الوقود، لكن بناء خلايا وقود رخيصة الثمن وفعالة وموثوق بها هو عمل أكثر تعقيدًا بكثير، قام العلماء والمخترعون بتصميم العديد من أنواع وأحجام خلايا الوقود المختلفة، في البحث عن كفاءة أكبر ، والتفاصيل الفنية لكل نوع تختلف، والعديد من الخيارات التي تواجه مطوري خلايا الوقود مقيدة باختيار الإلكتروليت، مثل تصميم الأقطاب الكهربائية ، على سبيل المثال ، والمواد المستخدمة لجعلها تعتمد على الإلكتروليت، اليوم ، الأنواع الرئيسية للكهرباء هي القلويات ، كربونات المنصهر ، حمض الفوسفوريك ، غشاء التبادل البروتوني (PEM) والأكسيد الصلب، والثلاثة الأولى هي الشوارد السائلة، والأخيرين هما المواد الصلبة .