دعم كوينينج

في العقدين الماضيين، أولت الولايات المتحدة اهتمامًا خاصًا بالبحث والتطوير في مجال خلايا الوقود، بينما نفذت اليابان بنشاط التطوير التكنولوجي القائم على إدخال التكنولوجيا الأمريكية. والسبب وراء جذب خلايا الوقود انتباه بعض الدول المتقدمة يرجع في الأساس إلى المزايا التالية:
1) كفاءة عالية. نظرًا لأن الطاقة الكيميائية للوقود يتم تحويلها مباشرة إلى طاقة كهربائية دون تحويل الطاقة الحرارية في المنتصف، فإن كفاءة التحويل لا تقتصر على دورة كارنو الديناميكية الحرارية؛ نظرًا لعدم وجود تحويل للطاقة الميكانيكية، يمكن تجنب خسائر النقل الميكانيكي، ولا تعتمد كفاءة التحويل على حجم توليد الطاقة. والتغيير، وبالتالي فإن خلية الوقود لديها كفاءة تحويل أعلى؛
2) انخفاض الضوضاء والتلوث. في عملية تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، لا تحتوي خلية الوقود على أجزاء ميكانيكية متحركة، ولكن نظام التحكم يحتوي على بعض الأجزاء الصغيرة المتحركة، وبالتالي فهي منخفضة الضوضاء. بالإضافة إلى ذلك، تعد خلايا الوقود مصادر طاقة منخفضة التلوث. على سبيل المثال، فإن أكاسيد الكبريت ومركبات النيتروجين التي تنبعث منها أقل بمقدار مرتبتين من اللوائح الأمريكية؛
3) قدرة قوية على التكيف. يمكن لخلايا الوقود استخدام أنواع مختلفة من الوقود المحتوي على الهيدروجين، مثل الميثان والميثانول والإيثانول والغاز الحيوي والغاز البترولي والغاز الطبيعي والغاز الصناعي، إلخ. المؤكسد هو الهواء الذي لا ينضب. يمكن تصنيع خلايا الوقود في مكونات قياسية بقوة معينة (مثل 40 كيلو وات)، وتجميعها في قوى وأنواع مختلفة وفقًا لاحتياجات المستخدم، وتثبيتها في المكان الأكثر ملاءمة للمستخدم. إذا لزم الأمر، يمكن أيضًا تثبيتها في محطة طاقة كبيرة واستخدامها فيما يتعلق بنظام إمداد الطاقة التقليدي، مما سيساعد في تنظيم حمل الطاقة؛
4) فترة بناء قصيرة وسهولة الصيانة. بعد إنشاء الإنتاج الصناعي لخلايا الوقود، يمكن إنتاج مكونات قياسية مختلفة لأجهزة توليد الطاقة بشكل مستمر في المصانع. كما يسهل نقلها ويمكن تجميعها في الموقع في محطة الطاقة. ويقدر بعض الناس أن الصيانة المطلوبة لخلية وقود حمض الفوسفوريك بقوة 40 كيلو وات لا تتجاوز 25% من الصيانة المطلوبة لمولد ديزل بنفس القوة.
ونظراً لأن خلايا الوقود تتمتع بالعديد من المزايا، فإن كل من الولايات المتحدة واليابان توليان أهمية كبيرة لتطويرها.

خلية الوقود هي نظام كهروكيميائي يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية مباشرة إلى طاقة كهربائية.
الطريقة الأكثر شيوعًا للتصنيف هي وفقًا لنوع الإلكتروليت. بناءً على ذلك، يمكن تقسيم خلايا الوقود إلى خلايا وقود قلوية، والتي تستخدم عمومًا هيدروكسيد البوتاسيوم كإلكتروليت؛ خلايا وقود حمض الفوسفوريك، والتي تستخدم حمض الفوسفوريك المركز كإلكتروليت؛ خلايا وقود غشاء تبادل البروتون، والتي تستخدم حمض الفوسفوريك المركز كإلكتروليت. يتم استخدام غشاء تبادل البروتون المفلور بالكامل أو المفلور جزئيًا بحمض السلفونيك كإلكتروليت؛ تستخدم خلية وقود الكربونات المنصهرة كربونات الليثيوم والبوتاسيوم المنصهرة أو كربونات الليثيوم والصوديوم كإلكتروليت؛ خلية وقود أكسيد صلب، تستخدم الأكاسيد الصلبة كموصلات لأيونات الأكسجين، مثل أفلام أكسيد الزركونيوم المستقرة بالإيتريا كإلكتروليت. يتم تصنيف البطاريات أحيانًا وفقًا لدرجة حرارة البطارية وتنقسم إلى خلايا وقود منخفضة الحرارة (درجة حرارة التشغيل أقل من 100 درجة مئوية)، بما في ذلك خلايا الوقود القلوية وخلايا وقود غشاء تبادل البروتون؛ خلايا الوقود متوسطة الحرارة (درجة حرارة التشغيل بين 100-300 درجة مئوية)، بما في ذلك خلايا الوقود القلوية من نوع بيكون وخلايا الوقود من نوع حمض الفوسفوريك؛ خلايا الوقود عالية الحرارة (درجة حرارة التشغيل بين 600-1000 درجة مئوية)، بما في ذلك خلايا وقود الكربونات المنصهرة وخلايا وقود الأكسيد الصلب.

تشير طاقة الخرج للبطارية إلى القدرة على إخراج الطاقة لكل وحدة زمنية. يتم حسابها بناءً على تيار التفريغ I وجهد التفريغ، P=U*I، والوحدة هي واط.
كلما كانت المقاومة الداخلية للبطارية أصغر، كلما زادت طاقة الخرج. يجب أن تكون المقاومة الداخلية للبطارية أصغر من المقاومة الداخلية للجهاز الكهربائي. وإلا فإن الطاقة التي تستهلكها البطارية نفسها ستكون أكبر من الطاقة التي يستهلكها الجهاز الكهربائي، وهو أمر غير اقتصادي وقد يؤدي إلى تلف البطارية.