اكتشاف يُسرّع من تسويق خلايا التحليل الكهربائي ذات الأكسيد الصلب لإنتاج الهيدروجين الأخضر

تُعدّ تقنية إنتاج الهيدروجين الأخضر ضرورية للغاية لتحقيق اقتصاد الهيدروجين في نهاية المطاف، لأنه على عكس الهيدروجين الرمادي، لا يُنتج الهيدروجين الأخضر كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أثناء إنتاجه. وتحظى خلايا التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب (SOEC)، التي تستخدم الطاقة المتجددة لاستخلاص الهيدروجين من الماء، باهتمام متزايد لكونها لا تُنتج ملوثات. ومن بين هذه التقنيات، تتميز خلايا التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب ذات درجة الحرارة العالية بكفاءتها العالية وسرعة إنتاجها.

بطارية السيراميك البروتونية هي تقنية خلايا كهربائية صلبة عالية الحرارة تستخدم إلكتروليت سيراميكي بروتوني لنقل أيونات الهيدروجين داخل المادة. وتعتمد هذه البطاريات أيضًا على تقنية تخفض درجات حرارة التشغيل من 700 درجة مئوية أو أعلى إلى 500 درجة مئوية أو أقل، مما يقلل من حجم النظام وتكلفته، ويحسن موثوقيته على المدى الطويل بتأخير التلف. مع ذلك، ونظرًا لعدم وضوح الآلية الرئيسية المسؤولة عن تلبيد الإلكتروليتات السيراميكية البروتونية عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا أثناء عملية تصنيع البطارية، فإنه من الصعب الانتقال إلى مرحلة التسويق التجاري.

أعلن فريق البحث في مركز أبحاث مواد الطاقة في المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا أنهم اكتشفوا آلية تلبيد الإلكتروليت هذه، مما يثير إمكانية التسويق التجاري: إنه جيل جديد من بطاريات السيراميك عالية الكفاءة لم يتم اكتشافها من قبل.

قام فريق البحث بتصميم وتنفيذ تجارب نموذجية متنوعة لدراسة تأثير الطور الانتقالي على تكثيف الإلكتروليت أثناء تلبيد الأقطاب. وقد توصلوا لأول مرة إلى أن إضافة كمية صغيرة من مادة التلبيد الغازية المساعدة من الإلكتروليت الانتقالي يمكن أن يعزز عملية تلبيد الإلكتروليت. ونظرًا لندرة مواد التلبيد الغازية المساعدة وصعوبة رصدها تقنيًا، لم يسبق طرح فرضية أن تكثيف الإلكتروليت في خلايا السيراميك البروتونية ناتج عن عامل التلبيد المتبخر. استخدم فريق البحث علوم الحوسبة للتحقق من عامل التلبيد الغازي، وأكد أن التفاعل لا يؤثر سلبًا على الخصائص الكهربائية الفريدة للإلكتروليت. وبالتالي، أصبح من الممكن تصميم عملية التصنيع الأساسية لبطارية السيراميك البروتونية.

قال الباحثون: "بفضل هذه الدراسة، نقترب خطوةً أخرى نحو تطوير عملية التصنيع الأساسية لبطاريات السيراميك البروتونية. ونعتزم دراسة عملية تصنيع بطاريات السيراميك البروتونية ذات المساحة الكبيرة والكفاءة العالية في المستقبل."