تُعد تقنية إنتاج الهيدروجين الأخضر ضروريةً للغاية لتحقيق اقتصاد الهيدروجين في نهاية المطاف، لأنه، على عكس الهيدروجين الرمادي، لا يُنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاجه. وتحظى خلايا التحليل الكهربائي بالأكسيد الصلب (SOEC)، التي تستخدم الطاقة المتجددة لاستخراج الهيدروجين من الماء، باهتمام كبير نظرًا لعدم إنتاجها أي ملوثات. ومن بين هذه التقنيات، تتميز خلايا التحليل الكهربائي بالأكسيد الصلب عالية الحرارة بكفاءتها العالية وسرعة إنتاجها العالية.
بطارية السيراميك البروتونية هي تقنية SOEC عالية الحرارة، تستخدم إلكتروليت سيراميك البروتون لنقل أيونات الهيدروجين داخل المادة. كما تستخدم هذه البطاريات تقنية تُخفّض درجات حرارة التشغيل من 700 درجة مئوية أو أكثر إلى 500 درجة مئوية أو أقل، مما يُقلّل حجم النظام وسعره، ويُحسّن موثوقيته على المدى الطويل بتأخير الشيخوخة. ومع ذلك، نظرًا لعدم تحديد الآلية الرئيسية المسؤولة عن تلبيد إلكتروليتات السيراميك البروتونية عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا أثناء عملية تصنيع البطاريات بشكل واضح، فمن الصعب الانتقال إلى مرحلة التسويق التجاري.
أعلن فريق البحث في مركز أبحاث مواد الطاقة في معهد كوريا للعلوم والتكنولوجيا أنهم اكتشفوا آلية التلبيد بالكهرباء، مما يزيد من إمكانية تسويقها تجارياً: إنها جيل جديد من البطاريات الخزفية عالية الكفاءة والتي لم يتم اكتشافها من قبل.
قام فريق البحث بتصميم وتنفيذ تجارب نموذجية متنوعة بناءً على تأثير الطور العابر على تكثيف الإلكتروليت أثناء تلبيد الأقطاب الكهربائية. ووجدوا لأول مرة أن توفير كمية صغيرة من مادة مساعدة للتلبيد الغازي من الإلكتروليت العابر يمكن أن يعزز تلبيد الإلكتروليت. تُعد مواد التلبيد الغازية نادرة ويصعب رصدها تقنيًا. لذلك، لم تُطرح فرضية أن تكثيف الإلكتروليت في خلايا السيراميك البروتوني ناتج عن عامل التلبيد المتبخر. استخدم فريق البحث العلوم الحاسوبية للتحقق من عامل التلبيد الغازي، وأكد أن التفاعل لا يؤثر على الخصائص الكهربائية الفريدة للإلكتروليت. لذلك، من الممكن تصميم عملية تصنيع قلب بطارية السيراميك البروتونية.
قال الباحثون: "بهذه الدراسة، نقترب خطوةً نحو تطوير عملية تصنيع قلب بطاريات البروتون السيراميكية". ونخطط لدراسة عملية تصنيع بطاريات البروتون السيراميكية واسعة المساحة وعالية الكفاءة في المستقبل.
وقت النشر: ٨ مارس ٢٠٢٣