مقدمة للطاقة الهيدروجينية وخلايا الوقود

يمكن تقسيم خلايا الوقود إلىغشاء تبادل البروتوناتخلايا الوقود (PEMFC) وخلايا وقود الميثانول المباشرة وفقًا لخصائص الإلكتروليت والوقود المستخدم

(DMFC)، وخلايا وقود حمض الفوسفوريك (PAFC)، وخلايا وقود الكربونات المنصهرة (MCFC)، وخلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFC)، وخلايا الوقود القلوية (AFC)، وما إلى ذلك. على سبيل المثال، تعتمد خلايا وقود غشاء تبادل البروتون (PEMFC) بشكل أساسي علىغشاء تبادل البروتوناتوسط نقل البروتون، تستخدم خلايا الوقود القلوية (AFC) المنحل بالكهرباء القلوي القائم على الماء مثل محلول هيدروكسيد البوتاسيوم كوسيط نقل البروتون، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، وفقًا لدرجة حرارة العمل، يمكن تقسيم خلايا الوقود إلى خلايا وقود ذات درجة حرارة عالية ودرجة حرارة منخفضة خلايا الوقود، الأولى تشمل بشكل أساسي خلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFC) وخلايا وقود الكربونات المنصهرة (MCFC)، وتشمل الأخيرة خلايا وقود غشاء التبادل البروتوني (PEMFC)، وخلايا وقود الميثانول المباشر (DMFC)، وخلايا الوقود القلوية (AFC)، خلايا وقود حمض الفوسفوريك (PAFC)، إلخ.

غشاء تبادل البروتوناتتستخدم خلايا الوقود (PEMFC) أغشية البوليمر الحمضية ذات الأساس المائي كشواردها. يجب أن تعمل خلايا PEMFC تحت غاز الهيدروجين النقي بسبب درجات حرارة التشغيل المنخفضة (أقل من 100 درجة مئوية) واستخدام الأقطاب الكهربائية المعدنية النبيلة (الأقطاب الكهربائية القائمة على البلاتين). بالمقارنة مع خلايا الوقود الأخرى، تتمتع PEMFC بمزايا درجة حرارة التشغيل المنخفضة، وسرعة البدء السريعة، وكثافة الطاقة العالية، والكهارل غير القابل للتآكل، وعمر الخدمة الطويل. وهكذا، فقد أصبحت التكنولوجيا السائدة المطبقة حاليًا على مركبات خلايا الوقود، ولكنها أيضًا مطبقة جزئيًا على الأجهزة المحمولة والثابتة. ووفقاً لشركة E4 Tech، من المتوقع أن تصل شحنات خلايا الوقود PEMFC إلى 44.100 وحدة في عام 2019، وهو ما يمثل 62% من الحصة العالمية؛ وتصل القدرة المركبة المقدرة إلى 934.2 ميجاوات، وهو ما يمثل 83% من النسبة العالمية.

تستخدم خلايا الوقود تفاعلات كهروكيميائية لتحويل الطاقة الكيميائية من الوقود (الهيدروجين) عند الأنود والمادة المؤكسدة (الأكسجين) عند الكاثود إلى كهرباء لقيادة السيارة بأكملها. على وجه التحديد، تشمل المكونات الأساسية لخلايا الوقود نظام المحرك ومصدر الطاقة الإضافي والمحرك؛ من بينها، نظام المحرك يشمل بشكل رئيسي المحرك المكون من مفاعل كهربائي، نظام تخزين الهيدروجين للمركبة، نظام التبريد ومحول الجهد DCDC. المفاعل هو العنصر الأكثر أهمية. إنه المكان الذي يتفاعل فيه الهيدروجين والأكسجين. إنها مكونة من خلايا مفردة متعددة مكدسة معًا، والمواد الرئيسية تشمل اللوحة ثنائية القطب، القطب الكهربائي الغشائي، اللوحة الطرفية وما إلى ذلك.