طاقة الهيدروجين ولوحة ثنائية القطب من الجرافيت

في الوقت الراهن، تشهد العديد من الدول حول العالم نشاطاً مكثفاً في جميع جوانب أبحاث الهيدروجين الجديدة، مع سعيها الحثيث لتجاوز الصعوبات التقنية. ومع التوسع المستمر في نطاق إنتاج وتخزين ونقل طاقة الهيدروجين، تتوفر أيضاً فرص كبيرة لانخفاض تكلفة هذه الطاقة. وتشير الأبحاث إلى أنه من المتوقع أن تنخفض التكلفة الإجمالية لسلسلة صناعة طاقة الهيدروجين إلى النصف بحلول عام 2030. ووفقاً لتقرير مشترك صادر عن اللجنة الدولية لطاقة الهيدروجين وشركة ماكينزي، فقد أصدرت أكثر من 30 دولة ومنطقة خارطة طريق لتطوير طاقة الهيدروجين، ومن المتوقع أن يصل حجم الاستثمار العالمي في مشاريع طاقة الهيدروجين إلى 300 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030.

تتكون مجموعة خلايا وقود الهيدروجين من خلايا وقود متعددة مكدسة على التواليتتداخل الصفيحة ثنائية القطب وغشاء القطب الكهربائي (MEA) بالتناوب، وتُدمج موانع التسرب بين كل مونومر. بعد الضغط عليها بواسطة الصفيحتين الأمامية والخلفية، تُثبّت بالبراغي لتشكيل مكدس خلايا وقود الهيدروجين.

تتداخل الصفيحة ثنائية القطب وغشاء القطب الكهربائي (MEA) بالتناوب، وتُدمج موانع التسرب بين كل مونومر. بعد الضغط عليها بواسطة الصفيحتين الأمامية والخلفية، تُثبت بالبراغي لتشكيل مكدس خلايا وقود الهيدروجين. حاليًا، يتمثل التطبيق الفعلي فيصفيحة ثنائية القطب مصنوعة من الجرافيت الصناعي.تتميز الصفيحة ثنائية القطب المصنوعة من هذا النوع من المواد بموصلية جيدة ومقاومة عالية للتآكل. مع ذلك، ونظرًا لمتطلبات منع تسرب الهواء في هذه الصفيحة، تتطلب عملية التصنيع العديد من العمليات الإنتاجية، مثل تشريب الراتنج، والتفحيم، والجرافيت، ومعالجة مجال التدفق اللاحقة، مما يجعل عملية التصنيع معقدة ومكلفة للغاية، وهو ما يُعد عاملًا مهمًا يُعيق استخدام خلايا الوقود.

غشاء تبادل البروتوناتتستطيع خلية الوقود الغشائية البروتونية (PEMFC) تحويل الطاقة الكيميائية مباشرةً إلى طاقة كهربائية بطريقة متساوية الحرارة وكهروكيميائية. وهي لا تتقيد بدورة كارنو، وتتميز بمعدل تحويل طاقة عالٍ (40% إلى 60%)، كما أنها نظيفة وخالية من التلوث (حيث أن ناتجها الرئيسي هو الماء). وتُعتبر أول نظام إمداد طاقة فعال ونظيف في القرن الحادي والعشرين. أما الصفيحة ثنائية القطب، باعتبارها المكون الرابط للخلايا المفردة في مكدس خلايا الوقود الغشائية البروتونية، فتؤدي دورًا رئيسيًا في عزل تصادم الغازات بين الخلايا، وتوزيع الوقود والمؤكسد، ودعم قطب الغشاء، وربط الخلايا المفردة على التوالي لتشكيل دائرة إلكترونية.