كيف يمكن لتقنية النانو بتحسين خلايا الوقود ؟
ماهي خلية الوقود؟
هي الخلية التي تنتج الكهرباء بتفاعل كهربائي كيميائي بإستخدام الهيدروجين والأوكسجين. فكرتها عكس فكرة تحليل الماء عند تحليل الماء بالكهرباء ينفصل الهيدروجين عن الأكسجين بواسطة قطبي الماء، وأما خلية الوقود فهي تجعل الهيدروجين يتفاعل مع الأكسجين فينتج تيار كهربائي.
أهم مميزات خلايا الوقود: ١- تُعطي مستوى عالٍ جداً من الكفاءة والأمان مقارنةً بغيرها. نتيجة لقدرتها على تحويل الطاقة الكيميائية إلى كهربائية بشكل مباشر؛ تتميّز هذه الخلايا بكفاءتها العالية كونها لا تضيع أياً من هذه الطاقة. ٢- عملية صيانتها سهلة وبسيطة كما أنها تستمر فتره طويله.
- يتم استخدامها حسب الحاجة، وذلك من خلال التحكم في حجمها. ٤- لا تصدر عنها أيّ ملوثات؛ بل تكوّن كهرباء ومياه صالحة للشرب أيضاً، فتعتبر مصدراً نظيفاً للطاقة.
مبدأ عمل خلية الوقود : يكون الوقود الهيدروجيني متواجد في صفيحة المصعد بشكل متناسب مع الأكسجين المتواجد في الصفيحة الأخرى أي المهبط ونتيجة لوجود ما يعرف بغشاء الفصل ينقسم جزيء الهيدروجين إلى ذرتين وتنقسم كل ذرة إلى أيونين موجب وسالب.
علماً بأنّ هذا الغشاء يُصنع من مواد مختلفة وأكثرها البلاتين.
أما عن سريان التيار الكهربائي فإنه يتكوّن نتيجة لقيام ما يُعرف بصفيحة المحلل بالسماح للبروتونات الموجبة بالمرور من خلالها فقط إلى المهبط، ومنع الإلكترونات من ذلك لتتحرّك بدورها نحو المصعد وينشأ التيّار الكهربائي نتيجة هذه الحركة.
أمّا الماء فيتشكّل نتيجة اتحاد كلٍ من الأيونات الهيدروجينية الموجبة مع الإلكترونات السالبة التابعة لها ومع الأكسجين أيضاً؛ فينشأ بذلك الماء والذي بدوره يتدفّق إلى خارج الخلية.
يتم استخدام المحفزات مع أنواع الوقود مثل الهيدروجين أو الميثانول لإنتاج أيونات الهيدروجين. البلاتينيوم وهو مكلف للغاية هو المحفز المستخدم عادة في هذه العملية.
تستخدم الشركات جسيمات نانوية من البلاتينيوم لتقليل كمية البلاتينيوم المطلوبة أو استخدام جسيمات نانوية من مواد أخرى لتحل محل البلاتينيوم بالكامل وبالتالي إنخفاض التكاليف.
تحتوي خلايا الوقود على أغشية تسمح بمرور أيونات الهيدروجين عبر الخلية ولكن لا تسمح للذرات أو الأيونات الأخرى ، مثل الأكسجين بالمرور عبرها. تستخدم الشركات تكنولوجيا النانو لإنشاء أغشية أكثر كفاءة ؛ هذا سيسمح لهم ببناء وزن أخف وخلايا وقود أطول.
يقوم الباحثون في الوقت الحالي بتطوير محفز لا يستخدم البلاتينيوم.
يتكون المحفز من ورقة من الجرافين المغلفة بجزيئات الكوبالت النانوية.
نجح هذا المحفز في استخدام الإنتاج مع خلايا الوقود ، فسوف يكون أقل تكلفة بكثير من المحفزات القائمة على البلاتينيوم.
أهم مميزات خلايا الوقود: ١- تُعطي مستوى عالٍ جداً من الكفاءة والأمان مقارنةً بغيرها. نتيجة لقدرتها على تحويل الطاقة الكيميائية إلى كهربائية بشكل مباشر؛ تتميّز هذه الخلايا بكفاءتها العالية كونها لا تضيع أياً من هذه الطاقة. ٢- عملية صيانتها سهلة وبسيطة كما أنها تستمر فتره طويله.
- يتم استخدامها حسب الحاجة، وذلك من خلال التحكم في حجمها. ٤- لا تصدر عنها أيّ ملوثات؛ بل تكوّن كهرباء ومياه صالحة للشرب أيضاً، فتعتبر مصدراً نظيفاً للطاقة.
مبدأ عمل خلية الوقود : يكون الوقود الهيدروجيني متواجد في صفيحة المصعد بشكل متناسب مع الأكسجين المتواجد في الصفيحة الأخرى أي المهبط ونتيجة لوجود ما يعرف بغشاء الفصل ينقسم جزيء الهيدروجين إلى ذرتين وتنقسم كل ذرة إلى أيونين موجب وسالب.
علماً بأنّ هذا الغشاء يُصنع من مواد مختلفة وأكثرها البلاتين.
أما عن سريان التيار الكهربائي فإنه يتكوّن نتيجة لقيام ما يُعرف بصفيحة المحلل بالسماح للبروتونات الموجبة بالمرور من خلالها فقط إلى المهبط، ومنع الإلكترونات من ذلك لتتحرّك بدورها نحو المصعد وينشأ التيّار الكهربائي نتيجة هذه الحركة.
أمّا الماء فيتشكّل نتيجة اتحاد كلٍ من الأيونات الهيدروجينية الموجبة مع الإلكترونات السالبة التابعة لها ومع الأكسجين أيضاً؛ فينشأ بذلك الماء والذي بدوره يتدفّق إلى خارج الخلية.
يتم استخدام المحفزات مع أنواع الوقود مثل الهيدروجين أو الميثانول لإنتاج أيونات الهيدروجين. البلاتينيوم وهو مكلف للغاية هو المحفز المستخدم عادة في هذه العملية.
تستخدم الشركات جسيمات نانوية من البلاتينيوم لتقليل كمية البلاتينيوم المطلوبة أو استخدام جسيمات نانوية من مواد أخرى لتحل محل البلاتينيوم بالكامل وبالتالي إنخفاض التكاليف.
تحتوي خلايا الوقود على أغشية تسمح بمرور أيونات الهيدروجين عبر الخلية ولكن لا تسمح للذرات أو الأيونات الأخرى ، مثل الأكسجين بالمرور عبرها. تستخدم الشركات تكنولوجيا النانو لإنشاء أغشية أكثر كفاءة ؛ هذا سيسمح لهم ببناء وزن أخف وخلايا وقود أطول.
يقوم الباحثون في الوقت الحالي بتطوير محفز لا يستخدم البلاتينيوم.
يتكون المحفز من ورقة من الجرافين المغلفة بجزيئات الكوبالت النانوية.
نجح هذا المحفز في استخدام الإنتاج مع خلايا الوقود ، فسوف يكون أقل تكلفة بكثير من المحفزات القائمة على البلاتينيوم.
تعليقات
إرسال تعليق