في معهد فراونهوفر لتكنولوجيا الأدوات الآلية والقوالب (IWU)، يُطوّر الباحثون تقنيات متقدمة لتصنيع محركات خلايا الوقود لتسهيل الإنتاج الضخم السريع والفعّال من حيث التكلفة. ولتحقيق ذلك، ركّز باحثو IWU في البداية على جوهر هذه المحركات، ويدرسون حاليًا طرقًا لصنع صفائح ثنائية القطب من رقائق معدنية رقيقة. في معرض هانوفر، سيعرض فراونهوفر IWU هذه الأنشطة البحثية الواعدة في مجال محركات خلايا الوقود، بالإضافة إلى أنشطة أخرى، بالتعاون مع فريق سيلبرهوميل ريسينغ.
عندما يتعلق الأمر بتشغيل المحركات الكهربائية، تُعدّ خلايا الوقود وسيلةً مثاليةً لتكملة البطاريات لزيادة مدى القيادة. ومع ذلك، لا يزال تصنيع خلايا الوقود عمليةً مكلفة، لذلك لا يزال هناك عددٌ قليلٌ جدًا من الطرازات التي تستخدم تقنية الدفع هذه في السوق الألمانية. يعمل باحثو معهد فراونهوفر IWU حاليًا على إيجاد حلٍّ أكثر فعاليةً من حيث التكلفة. وأوضح سورين شيفلر، مدير مشروع فراونهوفر IWU في كيمنتس: "نستخدم نهجًا شموليًا لدراسة جميع مكونات محرك خلايا الوقود. أول ما يجب فعله هو توفير الهيدروجين، الذي يؤثر على اختيار المواد. ويرتبط الهيدروجين مباشرةً بتوليد الطاقة من خلايا الوقود، ويمتد إلى خلية الوقود نفسها وتنظيم درجة حرارة السيارة بأكملها".
في الخطوة الأولى، ركز الباحثون على جوهر أي محرك خلية وقود: "مجموعة خلايا الوقود". هنا تُولّد الطاقة في العديد من البطاريات المكدسة، المكونة من صفائح ثنائية القطب وأغشية إلكتروليتية.
قال شيفلر: "نبحث حاليًا عن كيفية استبدال صفائح الجرافيت ثنائية القطب التقليدية برقائق معدنية رقيقة. سيُمكّن هذا من إنتاج الأكوام بكميات كبيرة بسرعة وبتكلفة معقولة، مما سيزيد الإنتاجية بشكل ملحوظ". كما يلتزم الباحثون بضمان الجودة، حيث يتم فحص كل مكون في الأكوام مباشرةً أثناء عملية التصنيع، وذلك لضمان دخول الأجزاء التي خضعت لفحص كامل فقط إلى الأكوام.
في الوقت نفسه، يهدف معهد فراونهوفر IWU إلى تحسين قدرة المدخنة على التكيف مع البيئة وظروف القيادة. وأوضح شيفلر: "فرضيتنا هي أنه بمساعدة الذكاء الاصطناعي، يمكن لضبط المتغيرات البيئية ديناميكيًا توفير الهيدروجين. سواءً كان ذلك باستخدام المحرك في درجات حرارة عالية أو منخفضة، أو في بيئة عادية أو في درجات حرارة عالية، فسيكون الوضع مختلفًا. حاليًا، تعمل المدخنة ضمن نطاق تشغيل ثابت محدد مسبقًا، مما لا يسمح بمثل هذا التحسين المرتبط بالبيئة".
سيعرض خبراء من مختبر فراونهوفر أساليبهم البحثية في معرض سيلبرهوميل بمعرض هانوفر ميسي، من 20 إلى 24 أبريل 2020. استُوحيت سيارة سيلبرهوميل من سيارة سباق صممتها شركة أوتو يونيون في أربعينيات القرن الماضي. وقد استخدم مطورو فراونهوفر آي دبليو يو أساليب تصنيع جديدة لإعادة بناء السيارة وإنشاء نماذج تجريبية لتقنيات حديثة. يهدفون إلى تزويد سيلبرهوميل بمحرك كهربائي يعتمد على تقنية خلايا الوقود المتقدمة. وقد عُرضت هذه التقنية رقميًا في معرض هانوفر ميسي.
يُعد هيكل Silberhummel نفسه أيضًا مثالًا على حلول التصنيع المبتكرة وعمليات التشكيل التي طورتها Fraunhofer IWU بشكل أكبر. ومع ذلك، ينصب التركيز هنا على التصنيع منخفض التكلفة في دفعات صغيرة. لا يتم تشكيل ألواح هيكل Silberhummel بواسطة آلات ختم كبيرة، والتي تنطوي على عمليات معقدة لأدوات الفولاذ المصبوب. بدلاً من ذلك، يتم استخدام قالب أنثوي مصنوع من الخشب سهل المعالجة. تستخدم أداة آلية مصممة لهذا الغرض مغزلًا خاصًا للضغط على لوحة الهيكل شيئًا فشيئًا على القالب الخشبي. يطلق الخبراء على هذه الطريقة "التشكيل التدريجي". قال شيفلر: "بالمقارنة مع الطريقة التقليدية، سواء كانت الحاجز أو غطاء المحرك أو جانب الترام، يمكن لهذه الطريقة إنتاج الأجزاء المطلوبة بشكل أسرع. على سبيل المثال، قد يستغرق التصنيع التقليدي للأدوات المستخدمة في صنع أجزاء الهيكل عدة أشهر. نحتاج إلى أقل من أسبوع من تصنيع القالب الخشبي إلى اختبار اللوحة النهائية".
وقت النشر: ٢٤ سبتمبر ٢٠٢٠