صفائح ثنائية القطب جديدة مصنوعة من رقائق معدنية رقيقة لخلايا الوقود

في معهد فراونهوفر لأدوات الآلات وتقنيات التشكيل (IWU)، يعمل الباحثون على تطوير تقنيات متقدمة لتصنيع محركات خلايا الوقود، بهدف تسهيل إنتاجها المتسلسل السريع والفعّال من حيث التكلفة. ولتحقيق هذه الغاية، يركز باحثو المعهد في البداية على جوهر هذه المحركات، ويعملون على إيجاد طرق لتصنيع الصفائح ثنائية القطب من رقائق معدنية رقيقة. وسيعرض معهد فراونهوفر IWU في معرض هانوفر ميسي هذه الأنشطة البحثية الواعدة وغيرها في مجال محركات خلايا الوقود، وذلك باستخدام سيارة السباق سيلبرهوميل.

عندما يتعلق الأمر بتوفير الطاقة للمحركات الكهربائية، تُعد خلايا الوقود وسيلة مثالية لتكملة البطاريات وزيادة مدى القيادة. مع ذلك، لا تزال عملية تصنيع خلايا الوقود مكلفة، لذا لا يزال عدد طرازات السيارات المزودة بهذه التقنية في السوق الألمانية قليلاً نسبيًا. يعمل الباحثون في معهد فراونهوفر لأبحاث الطاقة والميكانيكا (Fraunhofer IWU) حاليًا على حل أكثر فعالية من حيث التكلفة: "نعتمد نهجًا شاملاً وندرس جميع مكونات محرك خلية الوقود. يبدأ ذلك بتوفير الهيدروجين، ويؤثر على اختيار المواد المستخدمة مباشرة في توليد الكهرباء في خلايا الوقود، ويمتد ليشمل تنظيم درجة الحرارة في الخلية نفسها وفي السيارة ككل"، كما يوضح سورين شيفلر، مدير المشروع في معهد فراونهوفر لأبحاث الطاقة والميكانيكا في كيمنتس.

كخطوة أولى، يركز الباحثون على قلب أي محرك خلية وقود: "المكدس". هذا هو المكان الذي يتم فيه توليد الطاقة في عدد من الخلايا المكدسة المكونة من صفائح ثنائية القطب وأغشية إلكتروليتية.

يقول شيفلر: "نجري أبحاثًا حول كيفية استبدال ألواح الجرافيت ثنائية القطب التقليدية برقائق معدنية رقيقة. سيمكن هذا من تصنيع الحزم بسرعة وبتكلفة اقتصادية على نطاق واسع، وسيعزز الإنتاجية بشكل ملحوظ". ويركز الباحثون أيضًا على ضمان الجودة، حيث يتم فحص كل مكون في الحزم مباشرةً أثناء عملية التصنيع. ويهدف هذا إلى ضمان عدم دخول أي أجزاء إلى الحزمة إلا بعد فحصها بدقة.

في الوقت نفسه، يهدف معهد فراونهوفر لأبحاث الطاقة والميكانيكا (Fraunhofer IWU) إلى تحسين قدرة خلايا الوقود على التكيف مع البيئة وظروف القيادة. ويوضح شيفلر قائلاً: "نفترض أن التكيف الديناميكي مع المتغيرات البيئية - بمساعدة الذكاء الاصطناعي - يمكن أن يساهم في توفير الهيدروجين. ويختلف الأمر باختلاف ظروف تشغيل المحرك، سواء في درجات حرارة خارجية مرتفعة أو منخفضة، أو في السهول أو الجبال. حاليًا، تعمل خلايا الوقود ضمن نطاق تشغيل ثابت ومحدد مسبقًا، لا يسمح بهذا النوع من التحسين المُعتمد على البيئة."

سيُقدّم خبراء معهد فراونهوفر عرضًا عمليًا لمنهجهم البحثي من خلال سيارة سيلبرهومل في معرض هانوفر ميسي، وذلك في الفترة من 20 إلى 24 أبريل 2020. تستند سيارة سيلبرهومل إلى سيارة سباق صممتها شركة أوتو يونيون إيه جي في أربعينيات القرن الماضي. وقد استخدم مطورو معهد فراونهوفر IWU أساليب تصنيع حديثة لإعادة بناء هذه السيارة وإنشاء نموذج تقني حديث. ويهدفون إلى تزويد سيلبرهومل بمحرك كهربائي يعتمد على تقنية خلايا الوقود المتقدمة. وسيتم عرض هذه التقنية رقميًا داخل السيارة في معرض هانوفر ميسي.

يُعدّ هيكل سيارة سيلبرهومل نفسه مثالًا على حلول التصنيع المبتكرة وعمليات التشكيل التي يجري تطويرها في معهد فراونهوفر لعلوم وهندسة الآلات (IWU). وينصبّ التركيز هنا على التصنيع الفعال من حيث التكلفة بكميات صغيرة. لم يتم تشكيل لوحة هيكل سيلبرهومل باستخدام مكابس ضخمة تتطلب عمليات معقدة باستخدام أدوات من الفولاذ المصبوب، بل استُخدمت قوالب سلبية مصنوعة من الخشب سهل التشكيل. وقامت آلة مصممة لهذا الغرض بضغط لوحة الهيكل على القالب الخشبي تدريجيًا باستخدام مغزل خاص. يُطلق الخبراء على هذه الطريقة اسم "التشكيل التدريجي". يقول شيفلر: "تُتيح هذه الطريقة إنتاج المكونات المطلوبة بشكل أسرع بكثير من الطريقة التقليدية، سواءً كانت رفارف أو أغطية محركات أو حتى أجزاء جانبية من الترام. فعلى سبيل المثال، قد يستغرق التصنيع التقليدي للأدوات المستخدمة في تشكيل أجزاء الهيكل عدة أشهر. بينما احتجنا إلى أقل من أسبوع لإجراء اختباراتنا، بدءًا من تصنيع القالب الخشبي وحتى اللوحة النهائية".

نؤكد لكم أن فريق التحرير لدينا يتابع بدقة جميع التعليقات الواردة وسيتخذ الإجراءات المناسبة. آراؤكم تهمنا.

يُستخدم عنوان بريدك الإلكتروني فقط لإعلام المُستلم بهوية المُرسل. ولن يُستخدم عنوانك أو عنوان المُستلم لأي غرض آخر. ستظهر المعلومات التي تُدخلها في رسالتك الإلكترونية، ولن تحتفظ بها شركة Tech Xplore بأي شكل من الأشكال.

يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط لتسهيل التصفح، وتحليل استخدامك لخدماتنا، وتوفير محتوى من جهات خارجية. باستخدامك لموقعنا، فإنك تقرّ بأنك قد قرأت وفهمت سياسة الخصوصية وشروط الاستخدام الخاصة بنا.