نوع جديد من الألواح ثنائية القطب مصنوعة من رقائق معدنية رقيقة لخلايا الوقود

في معهد فراونهوفر لتكنولوجيا أدوات الآلات والقولبة (IWU)، يعمل الباحثون على تطوير تقنيات متقدمة لتصنيع محركات خلايا الوقود، بهدف تسهيل الإنتاج الكمي السريع والفعّال من حيث التكلفة. ولتحقيق هذه الغاية، ركّز باحثو المعهد في البداية على جوهر هذه المحركات، ويدرسون طرق تصنيع الصفائح ثنائية القطب من رقائق معدنية رقيقة. وفي معرض هانوفر، سيعرض معهد فراونهوفر IWU هذه الأنشطة البحثية الواعدة في مجال محركات خلايا الوقود، بالإضافة إلى أنشطة أخرى، بالتعاون مع شركة سيلبرهومل للسباقات.
عندما يتعلق الأمر بتشغيل المحركات الكهربائية، تُعد خلايا الوقود وسيلة مثالية لتكملة البطاريات وزيادة مدى القيادة. مع ذلك، لا تزال عملية تصنيع خلايا الوقود مكلفة، لذا لا يزال عدد الطرازات التي تستخدم هذه التقنية في السوق الألمانية محدودًا للغاية. يعمل باحثو معهد فراونهوفر لعلوم وتكنولوجيا المحركات (IWU) حاليًا على حل أكثر فعالية من حيث التكلفة: "نستخدم منهجًا شاملًا لدراسة جميع مكونات محرك خلية الوقود. أول خطوة هي توفير الهيدروجين، الذي يؤثر على اختيار المواد. فهو يشارك بشكل مباشر في توليد الطاقة من خلية الوقود، ويمتد ليشمل خلية الوقود نفسها وتنظيم درجة حرارة المركبة بأكملها." هذا ما أوضحه سورين شيفلر، مدير مشروع معهد فراونهوفر لعلوم وتكنولوجيا المحركات في كيمنتس.
في الخطوة الأولى، ركز الباحثون على قلب أي محرك خلية وقود: "مجموعة خلايا الوقود". هذا هو المكان الذي يتم فيه توليد الطاقة في العديد من البطاريات المكدسة المكونة من ألواح ثنائية القطب وأغشية إلكتروليت.
قال شيفلر: "نحن نبحث في كيفية استبدال ألواح الجرافيت ثنائية القطب التقليدية برقائق معدنية رقيقة. سيمكن هذا من إنتاج الرقائق بكميات كبيرة بسرعة وبتكلفة اقتصادية، مما سيزيد الإنتاجية بشكل ملحوظ". كما يحرص الباحثون على ضمان الجودة، حيث يتم فحص كل مكون في الرقائق مباشرةً أثناء عملية التصنيع، وذلك لضمان عدم دخول أي أجزاء إلى الرقائق إلا بعد فحصها بدقة.
في الوقت نفسه، يهدف معهد فراونهوفر لأبحاث الطاقة (IWU) إلى تحسين قدرة المدخنة على التكيف مع البيئة وظروف التشغيل. وأوضح شيفلر قائلاً: "نفترض أنه بمساعدة الذكاء الاصطناعي، يمكن ضبط المتغيرات البيئية ديناميكيًا لتوفير الهيدروجين. سواءً كان تشغيل المحرك في درجات حرارة عالية أو منخفضة، أو في بيئة مستوية أو حارة، فسيكون الأداء مختلفًا. حاليًا، تعمل المدخنة ضمن نطاق تشغيل ثابت ومحدد مسبقًا، مما لا يسمح بمثل هذا التحسين المُعتمد على البيئة."
سيقدم خبراء من مختبر فراونهوفر أساليبهم البحثية في معرض سيلبرهومل في مركز معارض هانوفر ميسي، من 20 إلى 24 أبريل 2020. وتستند سيلبرهومل إلى سيارة سباق صممتها شركة أوتو يونيون في أربعينيات القرن الماضي. وقد استخدم مطورو فراونهوفر IWU أساليب تصنيع جديدة لإعادة بناء السيارة وإنشاء نماذج تجريبية حديثة. ويهدفون إلى تزويد سيلبرهومل بمحرك كهربائي يعتمد على تقنية خلايا الوقود المتقدمة. وقد عُرضت هذه التقنية رقميًا في مركز معارض هانوفر ميسي.
يُعدّ هيكل سيارة سيلبرهومل نفسه مثالاً على حلول التصنيع المبتكرة وعمليات التشكيل التي طوّرها معهد فراونهوفر لعلوم وهندسة الآلات (IWU). ومع ذلك، ينصبّ التركيز هنا على التصنيع منخفض التكلفة بكميات صغيرة. لا تُشكّل ألواح هيكل سيلبرهومل باستخدام آلات ختم ضخمة، والتي تتطلب عمليات معقدة لأدوات الصب الفولاذية. بدلاً من ذلك، يُستخدم قالب خشبي سهل التشكيل. تستخدم آلة مصممة لهذا الغرض مغزلاً خاصاً لضغط لوح الهيكل تدريجياً على القالب الخشبي. يُطلق الخبراء على هذه الطريقة اسم "التشكيل التدريجي". يقول شيفلر: "مقارنةً بالطريقة التقليدية، سواءً كان الأمر يتعلق بالرفرف أو غطاء المحرك أو جانب الترام، فإن هذه الطريقة تُتيح إنتاج الأجزاء المطلوبة بشكل أسرع. على سبيل المثال، قد يستغرق التصنيع التقليدي للأدوات المستخدمة في صنع أجزاء الهيكل عدة أشهر. بينما نحتاج نحن إلى أقل من أسبوع واحد من تصنيع القالب الخشبي إلى اختبار اللوح النهائي".