ما هى خلاياالوقود؟[b]:-

ما هى خلاياالوقود؟:-هى ببساطة جهاز لتحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربية حيث ان خليةالوقود تعمل على تحويل الهيدروجين و الاكسجين الى ماء ومن خلال هذا التفاعل ينتجتيار كهربى يستفاد به.

ويمكننا مجازا ان نقول ان خلايا الوقود تتشابة معالبطارية حيث انها تقوم بتوليد طاقة كهربية من تفاعلات كيميائية ولكن الاختلاف هناان البطارية لها عمر افتراضى بينما خلية الوقود لا نهائية حيث انه طالما يدخل اليهاهيدروجين و اكسجين يخرج تيار كهربى.
وخلايا الوقود تنافس بشدة العديد من مصادر توليد الكهرباء الاخرى مثلالتربينات الغازيةgas turbineو محطات توليد القوىالضخمةcity's power plantحتى انها تنافس البطاريةالصغير التى قد نستخدمها فى تشغيل الكومبيوتر المحمولLapTop .

ويعتبرالسبب الاساسى فى تفوق خلايا الوقود عن باقى مصادر توليد الكهرباء السابق ذكرها هوزيادة الكفاءة الشديدة حيث ان معظم هذة المصادر تستخدم حرق الوقود للحصول على طاقةمما يزيد من التلوث كما ان الطاقة الناتجة ليست بالقوة التى قد تنتجها خليةالوقود.

انواع خلايا الوقود:-

Proton Exchange Membrane (PEM)

وهى تعتبر منافضل انواع خلايا الوقود و اصغرها فى الحجم بالنسبة للطاقة الناتجة منها .

وفى هذا النوع يستخدمغشاء من مادة البوليمر فى الحالة الصلبة وهذا يقلل من درجة حرارة التفاعل و يزيد منالكفاءة واسرع فى البدء و الاستجابة.

وهذا النوع من خلايا الوقود هو الاكثر انتشارا فى العالم كما انه هوالمستخدم فى مجالات السيارات لصغر حجمه .

Alkaline :-

الالكالاين يستخدم فى هذا النوع من خلايا الوقود ولكن المشكلة الاساسيةلهذا النوع على الرغم من قوة التيار الناتج هى انه يحتاج الى هيدروجين نقى تماما واكسجين نقى تماما حتى يبدأ التفاعل وهذا النوع يعتبر من اقدم الانواع حيث اخترع فىعام 1960

Phosphoric Acid :-

وهذا النوع لا يستخدم فى مجالات الصناعة بسبب كبرحجمة و زيادة درجة حرارة التفاعل بشدة و تأكل الالكتروليد احيانا بسببالحرارة.

Molten Carbonate:-

هذا النوع من اكثر خلايا الوقود تعقيدا حيث انهيتطلب درجة حرارة عالية لبدء التفاعل علاوة على حجمه الكبير و يستخدم في محطاتتوليد الطاقة

Solid Oxide :-

وهو ايضا يحتاج إلى حرارة عالية لبدء التفاعل ولكن يميزه قله كميةالأكسجين و الهيدروجين المستخدمة في توليد نفس الكمية من الطاقة بالمقارنة بالأنواعالأخرى.

ومن هذا نرى انالنوع الاول هو الذى يهمنا فى هذا التقرير وهذا حيث انه النوع المستخدم فى السياراتو سوف اقوم فى السطور التالية بالتكلم عنة ان شاء الله بالتفصيل وسوف اشرح طريقةعمله ومميزاته لانه ما يهمنا فى هذا الموضوع .

Proton Exchange Membrane (PEM)
يتكون كما بالشكل,,

· القطب الموجبAnode · القطب السالبCathode· الالكتروليدProton Exchange Membrance· المحفزcatalyst وبكل بساطة تعتمد فكرة عمله على انتقال ذراتالهيدروجين من الانود القطب الموجب الى ذرات الاكسجين الموجودة بالكاثود القطبالسالب ومع مرورها وتفاعلها يتولد تيار كهربى و يكون ناتج التفاعل هو الماء , والمعادلات التالية توضح العمل:-

Anode side:
2H2 => 4H+ + 4e-

Cathode side:O2 + 4H+ + 4e- => 2H2ONet reaction:
2H2 + O2 => 2H2Oطريقة العمل بالتفصيل:-ناحيةالكاثود:-يتم دفعالاكسجين الى الكاثود و يمر خلال المحفزcatalystالذىيقوم بشطر ذرة الاكسجين الى ايونين سالبينO-ناحية الانود:-كما نرى بالشكل يتم ضغط و دفع ذرات الهيدروجين الى خلية الوقود منناحية الانود –القطب الموجب- وعند دخول الهيدروجين المضغوط الى الانود يمر اولا عبرالمحفزcatalyst وهذا المحفز يقوم بشطر ذرةالهيدروجينH2 الى ايونين من الهيدروجينالموجبH+ , H+ و ينتج من هذا الانشطارالكترونينe- .

هذه الالكترونات هي المسببة لتوليد الطاقة الكهربيةوبعد ذلك تكمل الدائرة طريقها حيث تندفع ايونات الهيدروجين الموجبة ناحية الشحنةالسالبة من ايونات الأكسجين لتتحد معا و تكون الماء كما بالمعادلاتالسابقة.

وتخرج الخليةالواحدة من خلايا الوقود تقريبا 0.7 فولت ويتم توصيل اكثر من خلية على التوالىللحصول على قيمة الفولت المطلوب.

وتعبر المشكلة الاساسية فى هذا النوع و التى عاقت دون دخوله فى مجالالسيارات لفترة طويلة هى انه لتوليد الطاقة منه نحتاج الى اكسجين و هيدروجينبالنسبة للاكسجين فمن السهل الحصول عليه من الهواء الجوى و متوافر و لكن المشكلةالحقيقية كانت فى الهيدروجين حيث انه لا يتواجد الا فى طبقات الهواء العليا واستخلاصه كان نوعا ما صعبا ولذلك ظل العلماء يبحثون عن وسيلة اخرى لتوليد الطاقةغير الهيدروجينولكن فىالنهاية توصلوا الى طريقة فعاله و عملية جدا وهى تعتمد على تحويل الهيدروكربونات اوالكحول ( الوقود الكحولى ) الى هيدروجين يمكن استخدامه فى خلايا الوقود و هذا عنطريق جهاز يسمى جهاز اعادة التأليف عن طريق الوسيط الكميائى اوreformer.

ولكن كمايقل لا يوجد شئ كامل حيث ان هذه الطريقة يخرج منها درجة حرارة عالية و الهيدروجينالخارج غير نقى مما يقلل من كفاءة خلية الوقودومن الابحاث الحديثة التى يجريها العلماء حاليا وجدانه قد يمكن الاستغاضه عن الهيدروجين بالغاز الطبيعى - البر وبان و الميثان- propane and methanolحيث يسهل الحصول على الغاز الطبيعى بسهوله .

ويتعبر الميثان اكثرالغازات ترشيحا ليكون المستخدم فى السيارات الحديثة لسهولة الحصول عليه و سهولهشطره .

موضوع: تحية الخميس فبراير 19, 2009 11:14 am

مشكور أخي ابن العرب يعطيك العافية

مشكور ويعطيك الف عافية