يمكن تقسيم خلايا الوقود إلىغشاء تبادل البروتونخلايا الوقود (PEMFC) وخلايا وقود الميثانول المباشرة وفقًا لخصائص الإلكتروليت والوقود المستخدم
(DMFC)، خلية وقود حمض الفوسفوريك (PAFC)، خلية وقود الكربونات المنصهرة (MCFC)، خلية وقود الأكسيد الصلب (SOFC)، خلية وقود القلوية (AFC)، إلخ. على سبيل المثال، تعتمد خلايا وقود غشاء تبادل البروتون (PEMFC) بشكل أساسي علىغشاء تبادل البروتونوسط نقل البروتون، تستخدم خلايا الوقود القلوية (AFC) إلكتروليتًا قلويًا قائمًا على الماء مثل محلول هيدروكسيد البوتاسيوم كوسيط لنقل البروتون، إلخ. بالإضافة إلى ذلك، وفقًا لدرجة حرارة التشغيل، يمكن تقسيم خلايا الوقود إلى خلايا وقود عالية الحرارة وخلايا وقود منخفضة الحرارة، وتشمل الأولى بشكل رئيسي خلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFC) وخلايا وقود الكربونات المنصهرة (MCFC)، وتشمل الأخيرة خلايا وقود غشاء تبادل البروتون (PEMFC)، وخلايا وقود الميثانول المباشر (DMFC)، وخلايا الوقود القلوية (AFC)، وخلايا وقود حمض الفوسفوريك (PAFC)، إلخ.
غشاء تبادل البروتونتستخدم خلايا الوقود (PEMFC) أغشية بوليمرية حمضية قائمة على الماء كمحاليل كهربائية لها. يجب أن تعمل خلايا PEMFC تحت غاز الهيدروجين النقي بسبب درجات حرارة تشغيلها المنخفضة (أقل من 100 درجة مئوية) واستخدام أقطاب المعادن النبيلة (أقطاب كهربائية قائمة على البلاتين). بالمقارنة مع خلايا الوقود الأخرى، تتميز PEMFC بمزايا درجة حرارة التشغيل المنخفضة وسرعة بدء التشغيل السريعة وكثافة الطاقة العالية والإلكتروليت غير القابل للتآكل وعمر الخدمة الطويل. وبالتالي، أصبحت التكنولوجيا السائدة المطبقة حاليًا على مركبات خلايا الوقود، ولكنها تطبق أيضًا جزئيًا على الأجهزة المحمولة والثابتة. وفقًا لشركة E4 Tech، من المتوقع أن تصل شحنات خلايا وقود PEMFC إلى 44100 وحدة في عام 2019، وهو ما يمثل 62٪ من الحصة العالمية؛ تصل السعة المركبة المقدرة إلى 934.2 ميجاوات، وهو ما يمثل 83٪ من النسبة العالمية.
تستخدم خلايا الوقود تفاعلات كهروكيميائية لتحويل الطاقة الكيميائية من الوقود (الهيدروجين) عند الأنود والأكسجين عند الكاثود إلى كهرباء لتشغيل المركبة بالكامل. وتشمل المكونات الأساسية لخلايا الوقود نظام المحرك، ومصدر الطاقة المساعد، والمحرك الكهربائي. ويشمل نظام المحرك بشكل رئيسي المحرك المكون من مفاعل كهربائي، ونظام تخزين هيدروجين المركبة، ونظام التبريد، ومحول جهد DCDC. يُعد المفاعل أهم مكوناته، فهو المكان الذي يتفاعل فيه الهيدروجين والأكسجين. ويتكون من عدة خلايا مفردة متراصة، وتشمل موادها الرئيسية صفيحة ثنائية القطب، وقطب غشائي، وصفيحة طرفية، وغيرها.
وقت النشر: ٢٣ أغسطس ٢٠٢٢