مقدمة إلى 5 أنواع من خلايا الوقود

تستخدم خلية الوقود ذات غشاء تبادل البروتون غشاء تبادل البروتون باعتباره المنحل بالكهرباء. في هذا النوع من خلايا الوقود، يتم تغذية غاز الهيدروجين من خلال الأنود بينما يتم إمداد غاز الأكسجين إلى الكاثود، حيث يعمل غشاء تبادل البروتون بمثابة المنحل بالكهرباء بينهما. أثناء التفاعل الكهروكيميائي، ينقسم غاز الهيدروجين عند القطب الموجب إلى بروتونات وإلكترونات. بينما تمر البروتونات عبر غشاء تبادل البروتونات، تتدفق الإلكترونات عبر دائرة خارجية، مما يولد الطاقة الكهربائية. عند الكاثود، يتحد الأكسجين مع البروتونات والإلكترونات، وينتج بخار الماء كمنتج ثانوي. توفر مركبات PEMFC مزايا مثل كثافة الطاقة العالية، ووقت بدء التشغيل السريع، والتحويل عالي الكفاءة، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع في مركبات النقل مثل السيارات والشاحنات الخفيفة.

تستخدم خلية الوقود القلوية محلول هيدروكسيد البوتاسيوم باعتباره المنحل بالكهرباء. في AFCs، يتحلل غاز الهيدروجين إلى أيونات هيدروجين وإلكترونات عند الأنود. تعبر أيونات الهيدروجين محلول هيدروكسيد البوتاسيوم، بينما تتدفق الإلكترونات عبر دائرة خارجية، مما يولد الطاقة الكهربائية. عند الكاثود، يتحد الأكسجين مع أيونات الهيدروجين والإلكترونات، مما ينتج عنه الماء كمنتج ثانوي. تعرض AFCs تحويلًا عالي الكفاءة ومتانة، ولكن نظرًا لتآكل محلول هيدروكسيد البوتاسيوم، فإنها تجد تطبيقًا واسع النطاق في مجالات محددة مثل الفضاء الجوي والدفاع.

تستخدم خلية وقود حمض الفوسفوريك حمض الفوسفوريك باعتباره المنحل بالكهرباء. في PAFCs، ينقسم غاز الهيدروجين إلى بروتونات وإلكترونات عند القطب الموجب. تهاجر البروتونات عبر إلكتروليت حمض الفوسفوريك، بينما تتدفق الإلكترونات عبر دائرة خارجية، مما يولد الطاقة الكهربائية. عند الكاثود، يتحد الأكسجين مع البروتونات والإلكترونات، وينتج الماء كمنتج ثانوي. توفر PAFCs تحويلًا واستقرارًا عاليي الكفاءة، ويتم تطبيقه بشكل شائع في مجموعات المولدات وأنظمة التوليد المشترك للطاقة.

تستخدم خلية وقود الأكسيد الصلب مادة أكسيد صلبة مثل المنحل بالكهرباء. في SOFC، يتحلل غاز الهيدروجين إلى بروتونات وإلكترونات عند الأنود. تهاجر البروتونات عبر محلول الأكسيد الصلب، بينما تتدفق الإلكترونات عبر دائرة خارجية، مما يولد الطاقة الكهربائية. عند الكاثود، يخضع الأكسجين للأكسدة لأنه يتحد مع البروتونات والإلكترونات، وينتج أيونات الأكسجين. تمر أيونات الأكسجين عبر إلكتروليت الأكسيد الصلب عائدة إلى القطب الموجب، حيث تتفاعل مع غاز الهيدروجين، منتجة بخار الماء كمنتج ثانوي. توفر مركبات SOFC مزايا مثل التحويل عالي الكفاءة، ومرونة الوقود، والعمر الطويل، مما يجعلها شائعة الاستخدام في مجموعات المولدات وأنظمة التوليد المشترك للطاقة.

خلية وقود الكربونات المنصهرة (MCFC) هي أيضًا خلية وقود ذات درجة حرارة عالية تستخدم الكربونات المنصهرة كإلكتروليت. في MCFC، يتكون غاز الوقود عادة من خليط من الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. وتتحلل هذه الغازات إلى أيونات كربونات وإلكترونات في منطقة تفاعل الأنود. يمكن لأيونات الكربونات أن تهاجر عبر إلكتروليت الكربونات المنصهرة عند درجات حرارة عالية، وفي منطقة تفاعل الكاثود، تتحد مع الأكسجين لتوليد الماء وثاني أكسيد الكربون والإلكترونات. تتدفق الإلكترونات عبر دائرة خارجية، منتجة الطاقة الكهربائية. تتراوح درجة حرارة تشغيل مركبات الكربون الكلورية فلورية بشكل عام من 600 إلى 700 درجة مئوية.