in

يقوم المهندسون بتطوير خلايا وقود جديدة ذات ضعف جهد التشغيل مثل الهيدروجين

 

إن كهربة قطاع النقل – أحد أكبر مستهلكي الطاقة في العالم – أمر بالغ الأهمية للطاقة المستقبلية والمرونة البيئية. يتطلب كهربة هذا القطاع خلايا وقود عالية الطاقة (إما قائمة بذاتها أو بالاشتراك مع البطاريات) لتسهيل الانتقال إلى السيارات الكهربائية ، من السيارات والشاحنات إلى القوارب والطائرات.

تعتبر خلايا الوقود التي تعمل بالوقود السائل بديلاً جذابًا لخلايا وقود الهيدروجين التقليدية لأنها تقضي على الحاجة إلى نقل وتخزين الهيدروجين. يمكن أن تساعد في تشغيل المركبات تحت الماء والطائرات بدون طيار ، وفي النهاية ، الطائرات الكهربائية – كل ذلك بتكلفة أقل بكثير. يمكن أن تعمل خلايا الوقود هذه أيضًا كموسعات مدى للمركبات الكهربائية الحالية التي تعمل بالبطارية ، وبالتالي تعزيز اعتمادها.

الآن ، قام المهندسون في كلية ماكلفي للهندسة بجامعة واشنطن في سانت لويس بتطوير خلايا وقود بوروهيدريد مباشرة عالية الطاقة (DBFC) تعمل في ضعف جهد خلايا وقود الهيدروجين التقليدية. تم نشر بحثهم في 17 يونيو في مجلة Cell Reports Physical Science.

فريق البحث ، بقيادة فيجاي راماني ، أستاذ جامعي متميز من روما ب. وريموند ويتكوف ، كان رائدًا في التفاعل: تحديد النطاق الأمثل لمعدلات التدفق ، وبنيات مجال التدفق ، وأوقات الإقامة التي تتيح تشغيل طاقة عالية. يعالج هذا النهج التحديات الرئيسية في مركبات DBFCs ، وهي التوزيع المناسب للوقود والأكسدة وتخفيف التفاعلات الجانبية .

والأهم من ذلك ، أظهر الفريق جهد تشغيل أحادي الخلية يبلغ 1.4 أو أكثر ، وهو ضعف ما يتم الحصول عليه في خلايا وقود الهيدروجين التقليدية ، مع قدرة ذروة تقترب من 1 واط / سم 2. مضاعفة الجهد سيسمح بتصميم أصغر وأخف وزنا وأكثر كفاءة لخلايا الوقود ، وهو ما يترجم إلى مزايا حجمية وحجمية كبيرة عند تجميع خلايا متعددة في كومة للاستخدام التجاري. نهجهم قابل للتطبيق على نطاق واسع على فئات أخرى من خلايا الوقود السائل / السائل.

وقال راماني “إن نهج هندسة النقل المتفاعل يوفر طريقة أنيقة وسهلة لتعزيز أداء خلايا الوقود بشكل ملحوظ مع الاستمرار في استخدام المكونات الموجودة”. “باتباع إرشاداتنا ، يمكن حتى لخلايا الوقود السائل المنتشرة تجاريًا أن تحقق مكاسب في الأداء.”

إن المفتاح لتحسين أي تكنولوجيا خلايا الوقود الموجودة هو تقليل أو إزالة التفاعلات الجانبية. تتضمن غالبية الجهود المبذولة لتحقيق هذا الهدف تطوير محفزات جديدة تواجه عقبات كبيرة من حيث التبني والنشر الميداني.

وقال شريهاري سانكاراسوبرامانيان ، كبير الباحثين في فريق عمل فريق راماني: “شركات تصنيع خلايا الوقود تتردد عادة في إنفاق رأس مال كبير أو جهد لتبني مادة جديدة”. “ولكن تحقيق نفس التحسين أو أفضل مع الأجهزة والمكونات الموجودة لديهم يعد تغييراً في اللعبة.”

قال تشونغيانغ وانغ ، العضو السابق في مختبر راماني الذي حصل على دكتوراه من WashU في عام 2019 وهو الآن في كلية بريتزكر للهندسة الجزيئية في جامعة شيكاغو “فقاعات الهيدروجين التي تشكلت على سطح المحفز لطالما كانت مشكلة لخلايا وقود بوروهيدريد الصوديوم المباشرة ، ويمكن تقليلها عن طريق التصميم العقلاني لمجال التدفق”. . “مع تطوير نهج النقل المتفاعل هذا ، نحن على طريق التوسع والانتشار.”

وأضاف راماني: “لقد تم تطوير هذه التكنولوجيا الواعدة بدعم مستمر من مكتب البحوث البحرية ، والذي أقر به بامتنان. نحن في مرحلة توسيع خلايانا إلى مكدسات للتطبيقات في كل من الغواصات والطائرات بدون طيار.”

لمزيد من المعلومات :

  • Zhongyang Wang et al, Reactant-Transport Engineering Approach to High-Power Direct Borohydride Fuel Cells, Cell Reports Physical Science (2020). من هنا

What do you think?

Comments

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Loading…

0

ينتج الذكاء الاصطناعي وجوهًا واقعية من الرسومات الفاشلة

طريقة لتطبيق تقنيات كهروكيميائية في علم الموائع الدقيقة على تفاعلات الإلكترون – الأكسدة والاختزال