طريقة الحماية من أكسدة الألواح ثنائية القطب والمجمعات الحالية للمحلل الكهربائي وخلايا الوقود مع إلكتروليت بوليمر صلب. خلايا وقود دانا تصميم قطب ثنائي القطب في خلايا الوقود

الطاقة الكهروكيماوية. 2009. ت 9 ، رقم 3. ص 161-165

UDC 66.02 ؛ 536.7 ؛

طرق المعالجة السطحية لألواح التيتانيوم ثنائية القطب لخلايا الوقود الهيدروجينية الهوائية

M. S. Vlaskin، E. I. Shkolnikov، E. A. Kiseleva، A. A. Chinenov *، V. P. Kharitonov *

معهد مشاكل الطاقة الجديدة ، JIHT RAS ، موسكو ، روسيا * CJSC "Rimos" ، موسكو ، روسيا البريد الإلكتروني: [البريد الإلكتروني محمي]

تم استلامه في 11 يونيو 2009

المقالة مخصصة لدراسة تأثير المعالجات السطحية للألواح ثنائية القطب (BP) على الخصائص الكهربائية المحددة لخلايا الوقود (FC). أجريت الدراسات على ألواح من التيتانيوم. يتم النظر في طريقتين لمعالجة BP: التذهيب الكهروكيميائي وغرس الأيونات للكربون. قدم بواسطة أوصاف قصيرةالتقنيات المعينة ، وكذلك منهجية ونتائج التجارب. يتضح أن كلاً من التذهيب وسبائك الكربون على سطح التيتانيوم BPs يحسن الخصائص الكهربائية لـ FCs. كان الانخفاض النسبي في المقاومة الأومية للـ FCs مقارنة بألواح التيتانيوم بدون طلاءات 1.8 لطلاء الذهب الكهروكيميائي و 1.4 لزرع الأيونات.

الكلمات المفتاحية: خلايا وقود الهيدروجين والهواء ، صفائح ثنائية القطب من التيتانيوم ، غرس الكربون ، مطياف المعاوقة.

تم تخصيص العمل لبحث تأثير العمليات السطحية للألواح ثنائية القطب (BP) على الخصائص الكهربائية المحددة للوقود (s (FC). أجريت الأبحاث على الألواح على أساس العملاق. طريقتان لمعالجة BP هما: يعتبر: التذهيب الكهروكيميائي والغرس الأيوني للكربون. في العمل يتم تقديم أوصاف مختصرة للتقنيات الناتجة ، وكذلك يتم تقديم تقنية ونتائج التجارب.في العمل يظهر أنه مع التذهيب والغرس الأيوني ، تتحسن الخصائص الكهربائية لشركة BP تيتانيك الكربوني. التخفيض النسبي للمقاومة الأومية FC مقارنة بألواح التيتانيوم "النقية" شكلت 1.8 للتذهيب الكهروكيميائي و 1.4 للزرع الأيوني.

الكلمات المفتاحية: خلايا وقود الهيدروجين والهواء ، صفائح ثنائية القطب أساسها التيتانيوم ، غرس الكربون ، مطياف المعاوقة.

المقدمة

حاليًا ، يتم استخدام نوعين رئيسيين من مواد BP في العالم: BP مصنوعة من مركبات الكربون أو الجرافيت البوليمر والمعدن BP.

أدى البحث في مجال إمدادات طاقة الجرافيت إلى تحسن كبير في خصائصها الفيزيائية والكيميائية وخصائصها المحددة. تعتبر مصادر الطاقة التي تعتمد على الجرافيت أكثر مقاومة للتآكل من تلك المعدنية ، ولكن عيبها الرئيسي لا يزال ضعف قوتها الميكانيكية ، مما يمنع استخدامها في خلايا الوقود للنقل ومحطات الطاقة المحمولة.

في هذا الصدد ، تتمتع المعادن بالعديد من المزايا التي لا شك فيها على المواد الكربونية. تتميز بتوصيل حراري وكهربائي أعلى ، وغياب المسام ، وضيق الغاز ، والقوة الميكانيكية العالية. تعد وحدات PSU المعدنية أيضًا أكثر اقتصادا من وحدات PSU من الجرافيت. ومع ذلك ، فإن جميع المزايا المذكورة أعلاه للمعادن يتم إهمالها إلى حد كبير من خلال عيوب مثل مقاومة التآكل المنخفضة ومقاومة التلامس العالية مع طبقات انتشار غاز الكربون (GDS).

المعدن الواعد كمواد لتصنيع BP هو التيتانيوم. تقدم الورقة بعض مزايا وحدات PSU المصنوعة من التيتانيوم. التيتانيوم له خواص ميكانيكية جيدة وتلوث أيون التيتانيوم غير ضار بمحفز وحدة القطب الكهربي (MEA). تعد مقاومة التيتانيوم للتآكل أيضًا واحدة من أعلى المقاومة بين المعادن ، ومع ذلك ، في بيئة FC العدوانية ، يجب أن يظل التيتانيوم محميًا من التآكل. عامل إضافي في البحث عن طلاءات التيتانيوم هو مقاومته العالية للتلامس مع الكربون HDS.

يعمل مختبرنا (مختبر طاقة الألمنيوم والهيدروجين ، المعهد المشترك لدرجات الحرارة العالية ، الأكاديمية الروسية للعلوم) في تطوير مصادر الطاقة المحمولة على أساس خلايا وقود الهيدروجين والهواء (VHTE). تم اختيار التيتانيوم كمواد BP ، بما في ذلك بموجب ما سبق. أكد العمل الذي قمنا به في وقت سابق الحاجة إلى البحث عن الطلاءات و / أو طرق المعالجة الإضافية.

من الطرق المعروفة لحماية سطح التيتانيوم عن طريق طلاءه بالذهب. يزيد هذا الطلاء من مقاومة التآكل ويقلل من المقاومة الأومية لـ FC ، مما يؤدي إلى تحسين خصائصه الكهربائية. ومع ذلك ، هذه التكنولوجيا كافية

© ، 2009

M. S. Vlaskin، E. I. Shkolnikov، E. A. Kiseleva، A. A. Chinenov، V. P.Karitonov

مكلفة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى استخدام المعادن الثمينة.

في هذا العمل ، بالإضافة إلى التذهيب الكهروكيميائي ، يتم النظر في طريقة لتصنيع BP من التيتانيوم مع معالجته اللاحقة بطريقة غرس الأيونات. خلائط الكربون على سطح BP تخلق حماية إضافية من التآكل وتقلل من مقاومة التلامس مع الكربون HDS. هذه التكنولوجيايعد بخفض تكلفة تصنيع وحدة تزويد الطاقة ، مع الحفاظ على الخصائص الكهربائية العالية.

يعرض البحث نتائج التجارب التي تقارن الخصائص الكهربائية لإمدادات الطاقة المصنوعة من التيتانيوم "النقي" (أي بدون طلاء) ، ومن التيتانيوم المطلي كهربائياً بالذهب ، ومن التيتانيوم المطلي بالكربون بطريقة الغرس الأيوني.

1. التقنية التجريبية

تم اختيار منحنى الجهد الحالي ومقاومة التيار المتردد كخصائص كهربائية بمساعدة الطرق المذكورة أعلاه لتصنيع وحدة تزويد الطاقة من التيتانيوم. تم إجراء التجارب على مقياس مقاومة متخصص Z-500PX (بوظائف محتملة) من Elins LLC. تم تحميل التيار المتردد بحمل إلكتروني مدمج في الممانعة في وضع الجهد الكبدي بجهد 800 ، و 700 ، و 600 ، و 500 مللي فولت. عند كل جهد ، تم الاحتفاظ بـ TE لمدة 2000 ثانية للوصول إلى حالة ثابتة ، متبوعة بقياس للمقاومة. في كل حالة ، بعد التعرض و

عندما وصل TE إلى الحالة الثابتة ، تم تسجيل 5 مخططات هودوجراف. عند قياس الممانعة ، كان اتساع إشارة الجهد الجيبية المزعجة 10 مللي فولت ، وكان مدى التردد 105-1 هرتز. تم استخدام القيم الثابتة لرسم منحنيات فولت أمبير.

أجريت جميع التجارب على نموذج اختبار IWTE المصنوع خصيصًا (الشكل 1). خلية الاختبار عبارة عن خلية طيران واحدة تقع بين لوحين تجميع ، وهي نظائر للوحات الطرفية في بطاريات FC. البعد الشاملألواح التجميع - 28 × 22 مم ، سماكة - 3 مم لكل منهما. من أجل راحة المجموعة الحالية ، تحتوي الألواح على "ذيول" خاصة مقاس 4x4 مم. حجم السطح النشط 12 × 18 مم (2.16 سم 2). يتم توفير الهيدروجين للشرق الأوسط وأفريقيا من خلال لوحة تجميع الأنود وينتشر وفقًا لحقل تدفق معين على السطح النشط لهذه اللوحة. يغذي الهواء VTE بسبب الحمل الحراري الطبيعي. تحتوي لوحة مجمع الكاثود على 4 قنوات بقطر 2 مم مع فتحات في منطقة السطح النشطة. يبلغ طول القناة التي يمر الهواء من خلالها 22 ملم. تم تصنيع ثلاثة عناصر MEAs من Mayop 212 ، مع استهلاك محفز بلاتيني يبلغ 0.2 مجم / سم 2 عند الأنود و 0.5 مجم / سم 2 عند الكاثود.

تم تجميع اختبار VVTE من نفس المكونات باستثناء ألواح التجميع. تم صنع ثلاثة أزواج من لوحات التجميع الحالية من التيتانيوم VT1-0. يتكون الزوج الأول من التيتانيوم المصقول "النقي"

أرز. 1. اختبر TE في حالة قابلة للطي. التفاصيل من اليسار إلى اليمين: لوحة تجميع الأنود ، الختم ، الأنود GDS ، MEA ، الكاثود GDS ، الختم ، لوحة تجميع الكاثود ؛ أسفل - مسامير الربط والصواميل

لوحات ، أي بدون طلاءات وأي معالجة إضافية. والثاني مغطى بسمك 3 ميكرون من الذهب من خلال طبقة نيكل سُمك 2 ميكرومتر بالطريقة الكهروكيميائية القياسية. الزوج الثالث كان مخدرًا بالكربون بواسطة غرس أيون.

إن العملية التكنولوجية لغرس الأيونات معروفة منذ حوالي 50 عامًا. يعتمد على إدخال أيونات المادة المتسارعة في المادة المستهدفة لتغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية لسطحها. تم إجراء غرس الأيونات لمضخات التيتانيوم والألواح الطرفية في جناح متخصص من RIMOS CJSC. الحامل عبارة عن حاقن له القدرة على إنشاء حزم أيونية متسارعة من مواد مختلفة في فراغ خالٍ من الزيت. تتمتع ألواح التيتانيوم المزروعة في هذا الحامل بمقاومة عالية للتآكل واستمرارية صناعة السبائك. خضعت ألواح التيتانيوم لمعالجة شعاع أيوني بطاقة أيونية 20 كيلو فولت ، وجرعة غرس 1018 سم -2 ، ودرجة حرارة للمادة المعالجة 300 درجة مئوية ± 10 درجة مئوية.

تم قياس جرعة غرس الكربون على طول عمق ملف توزيع لوحة التيتانيوم الأرضية بواسطة مطياف كتلة أيون ثانوي باستخدام معدات CAMECA 1M84B (فرنسا). يظهر منحنى توزيع تركيز الكربون في التيتانيوم في الشكل. 2. وفقًا للشكل ، يبلغ عمق الطبقة السطحية للكربون 200 ^ 220 نانومتر ، وهو ما يكفي للحصول على خصائص فيزيائية كيميائية جديدة لسطح BP.

1016 _I_I_I_I_I_I_I_I_I_I

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

العمق ، ميكرومتر

أرز. 2. منحنى توزيع تركيز الكربون في التيتانيوم

2. النتائج والمناقشة

في التين. يوضح الشكل 3 منحنيات الجهد الحالي ومنحنيات كثافة الطاقة المقابلة لـ FCs ذات لوحات التجميع المختلفة. ترتبط القيم المطلقة للتيار والطاقة بمساحة السطح النشطة للشرق الأوسط وأفريقيا ، والتي تبلغ 2.16 سم 2. يتضح من الشكل أن كلاً من السبائك باستخدام الكربون والتذهيب الكهروكيميائي يؤدي إلى تحسن في الخصائص المحددة لخلايا الوقود. وتجدر الإشارة إلى أن خصائص الجهد الحالي تعكس في وقت واحد التنشيط ، وخسائر أوم وانتشار في FC. ترتبط خسائر التنشيط بالتغلب على حاجز الطاقة لتفاعلات الإلكترود ، والخسائر الأومية هي مجموع المقاومة الكهربائية لكل من طبقات FC الموصلة كهربائيًا ومقاومات التلامس بينها ، وترتبط خسائر الانتشار بنقص إمداد الكاشف إلى منطقة الشرق الأوسط وأفريقيا منطقة رد الفعل. على الرغم من حقيقة أنه في مناطق مختلفة من الكثافات الحالية ، كقاعدة عامة ، يسود أحد الأنواع الثلاثة من الخسائر المذكورة أعلاه ، فإن منحنيات الجهد الحالي وكثافة الطاقة ليست كافية للتقييم الكمي لطريقة معينة لمعالجة BP (لوحات النهاية) . في حالتنا ، فإن الخسائر الأومية في FC مهمة. تكون خسائر التنشيط والانتشار في التقريب الأول هي نفسها بالنسبة لجميع FCs: التنشيط بسبب استخدام نفس الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف مع نفس استهلاك المحفز ، والانتشار بسبب نفس تصميم لوحات تجميع الاختبار.

لتحديد الخسائر أوم ، تم استخدام hodographs المعاوقة التي تم الحصول عليها أثناء التجارب. نتائج هذا الجزء من التجارب موضحة في الشكل. 4. على سبيل المثال ، تُظهر الأشكال أحد المخطوطات الخمسة المأخوذة في كل حالة بعد وصول TE إلى حالة الثبات.

يجعل التحليل الطيفي للمقاومة من الممكن قياس الخسائر الكهربائية في FCs. تقدم الأعمال وصفا هذه الطريقةفيما يتعلق VTE. وفقًا لقواعد تفسير hodographs ، فإن المقاومة الأومية هي الجزء الحقيقي من الممانعة عند الترددات العالية (/ = 105-104 هرتز). يتم تحديد القيمة عند نقطة تقاطع hodograph مع محور الإحداثي (1m R = 0) في منطقة التردد العالي. أيضًا ، باستخدام hodographs ، تم العثور على سعة الطبقة المزدوجة على سطح القطب / المنحل بالكهرباء. يميز قطر نصف دائرة hodograph المقاومة الكلية لمرور الشحنة عبر هذه الطبقة. في التين. يتم تقديم 4 hodographs للممانعات في النطاق

M. S. Vlaskin، E. I. Shkolnikov، E. A. Kiseleva، A. A. Chinenov، V. P.Karitonov

أرز. 3. منحنيات التيار والجهد (أ) ومنحنيات كثافة القدرة المقابلة (ب): - - - تيتانيوم بدون طبقات ،

Zh- - تيتانيوم + C ، - ■ - - تيتانيوم + N1 + Au

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1 طن ، من 3.8 3.4 3.0 2.6 2.2 1.8 1.4 1.0 0.6

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

أرز. 4. مقاومة FC عند الاستقطاب المستمر ، mV: a - 800 ، b - 700 c - 600 ، d - 500: - - التيتانيوم بدون طلاء ؛

التيتانيوم + N1 + Au ؛ س - التيتانيوم + ج

ترددات 105-1 هرتز ، حيث تجدر الإشارة إلى خسائر الانتشار العالية إلى حد ما لـ FC (أكثر من 2 أوم-سم 2). ومع ذلك ، فإن هذا ليس نتيجة المعالجة السطحية لألواح التيتانيوم ، ولكنه يرتبط بتصميم لوحة تجميع الكاثود وظروف الحمل الحراري الطبيعي عندما يتم توفير الهواء إلى الشرق الأوسط وأفريقيا.

يوضح الجدول القيم المطلقة للمقاومات الأومية اعتمادًا على استقطاب TE وطريقة معالجة لوحات التجميع الخاصة بها ، بالإضافة إلى أخطائها المنتظمة. تشير النتائج إلى أن التذهيب حوالي 1.8 مرة يقلل من المقاومة الأومية الكلية مقارنة بالتيتانيوم بدون طلاء نتيجة انخفاض خسائر التلامس. إن تعاطي المنشطات بأيونات الكربون يعطي ربحًا "1.4 مرة ، على التوالي. فيديتشينا فاصل الثقةيشير إلى دقة عالية في قياسات قيم المقاومة الأومية.

المقاومة الأومية لـ FC (أوم) مع ألواح تجميع التيار من التيتانيوم بدون طلاءات ، ومن التيتانيوم المطلي كهربائياً بـ N1 ، Au ، ومن التيتانيوم المخدر بأيونات C + ، اعتمادًا على استقطاب FC

عينة الجهد عبر TE ، بالسيارات

التيتانيوم غير المطلي 0.186 0.172 0.172 0.169

التيتانيوم + ني ، Au 0.1 0.098 0.097 0.093

التيتانيوم + C 0.131 0.13 0.125 0.122

وبالتالي ، فقد ثبت أن كلاً من التذهيب وسبائك الكربون من التيتانيوم BPs يقللان من مقاومة التلامس مع الكربون HDS. تبين أن طلاء الألواح بالذهب يكون أكثر فائدة من حيث الخصائص الكهربائية من معالجتها باستخدام طريقة غرس الأيونات.

كل ما سبق يشير إلى أنه يمكن استخدام كل من التقنيات المدروسة والأخرى لمعالجة تيتانيوم BPs.

فهرس

1. Middelman E. ، Kout W ، Vogelaar B. ، Lenssen J. ، Waal E. de ، // J. مصادر الطاقة. 2003. المجلد. 118. ص 44-46.

2. Dobrovolsky Yu.A.، Ukshe A.E.، Levchenko A.V.، Arkhangelsky IV، Ionov S.G.، Avdeev V.V.، Aldoshin S.M. // مجلة. ينمو. كيم. حول va لهم. دي مندليف. 2006. المجلد 1 ، العدد 6. S.83-94.

3. S.-Wang H، Peng J.، Lui W.-B.، Zhang J.-S. // J. مصادر الطاقة. 2006. المجلد .162. ص 486-491.

4. Davies D. P. ، Adcock P. L. ، Turpin M. ، Rowen S. J. ، // J. Appl. الكتروكيم. 2000. المجلد 30. ص 101-105.

5. شكولنيكوف إي ، فلاسكين إم إس ، إليوخين إيه إس ، تاراسينكو إيه بي ، إلكتروشيم. طاقة. 2007. المجلد 7 ، العدد 4 S. 175-182.

6. شكولنيكوف إي ، فلاسكين إم إس ، إيلوخين إيه إس ، جوك إيه زي ، شيندلين إيه. // J. مصادر الطاقة. 2008. المجلد 185. ص 967-972.

7. Fabian T.، Posner J.D، O "Hayre R.، Cha S.-W.، Eaton J.K، Prinz F. B.، Santiago J.G // J. Power Sources. 2006. Vol.1161. P.168-182.

8. زرع الأيونات في أشباه الموصلات والمواد الأخرى: Sat. فن. موسكو: مير ، 1980.

9. Pleshivtsev NV ، Bazhin AI .. فيزياء تأثير الأشعة الأيونية على المواد. م: كتاب جامعي ، 1998.

10. زرع الأيونات. موسكو: علم المعادن ، 1985.

11. بات. 2096856 RF، IPC: H01J027 / 24، H01J003 / 04 / Mashkovtsev B.N .. طريقة الحصول على شعاع أيوني وجهاز لتنفيذه.

12. بات. 2277934 RF ، IPC: A61L2 / 00 ، A61L2 / 14 / Kharitonov V.P. ، Chinenov A.A. ، Simakov A.I. ، Samkov A.V. جهاز لمعالجة الشعاع الأيوني للمعدات الطبية.

13. بات. 2109495 RF ، IPC: A61F002 / 24 / Joseph N.A. ، Kevorkova R.A. ،. Samkov A.V. ، Simakov A.I. ، Kharitonov V.P. ، Chinenov A.A. صمام القلب الاصطناعي وطريقة صنعه.

14. Cooper K.R.، Ramani V.، Fenton J.M.، Kunz H.R. الطرق التجريبية وتحليلات البيانات لخلايا وقود البوليمر المنحل بالكهرباء ، Scribner Associates، Inc.، Illinois، 2005.122 p.

15. المعمل الوطني لتكنولوجيا الطاقة. كتاب خلية الوقود اليدوي ، الطبعة السادسة ، G&G Services Parsons، Inc. مورغانتاون ، فيرجينيا الغربية ، 2002352 ص.

يمكن القول إن تطوير خلايا الوقود هو أكثر التقنيات المرغوبة في صناعة النقل اليوم ، حيث ينفق المطورون مبالغ طائلة من المال كل عام في البحث عن بديل (أو مكمل) صالح لمحرك الاحتراق الداخلي. على مدى السنوات العديدة الماضية ، ركز مهندسو دانة على قدراتهم التصنيعية والتقنية لمواجهة التحدي المتمثل في تقليل اعتماد السيارة على مصادر الطاقة التقليدية. على مدار تاريخ البشرية ، تغيرت المصادر الرئيسية للطاقة من الوقود الصلب (مثل الخشب والفحم) إلى الوقود السائل (النفط). يعتقد الكثيرون في السنوات القادمة أن المنتجات الغازية ستصبح تدريجياً مصدر الطاقة المهيمن حول العالم.

باختصار ، خلية الوقود هي جهاز كهروكيميائي توجد فيه الطاقة تفاعل كيميائيتحويلها مباشرة إلى كهرباء وحرارة ورماد. هذه العملية تتحول إلى الجانب الأفضلكفاءة منخفضة للتحويل الحراري الميكانيكي التقليدي لحامل الطاقة.

أرز. سيارة تعمل بخلايا الوقود

الهيدروجين هو المثال الأول للوقود الغازي المتجدد الذي يسمح بإجراء مثل هذا التفاعل ، وفي النهاية الحصول على طاقة كهربائية... وهذه العملية لا تلوث البيئة.

يشتمل نموذج خلية وقود الهيدروجين النموذجي على تدفق الهيدروجين باتجاه أنود خلية الوقود ، حيث تنقسم جزيئات الهيدروجين إلى إلكترونات وأيونات موجبة الشحنة من خلال عملية كهروكيميائية في وجود محفز بلاتيني. تذهب الإلكترونات وتتجاوز غشاء تبادل البروتون (PEM) ، وبالتالي تولد تيارًا كهربائيًا. في الوقت نفسه ، تستمر أيونات الهيدروجين الموجبة في الانتشار عبر خلية الوقود عبر PEM. ثم تتحد الإلكترونات وأيونات الهيدروجين الموجبة مع الأكسجين في جانب الكاثود لتكوين الماء وتوليد الحرارة. على عكس سيارة محرك الاحتراق التقليدية ، يتم تخزين الكهرباء في بطاريات أو تذهب مباشرة إلى محركات الجر ، والتي بدورها تقود العجلات.

أحد العوائق التي تحول دون أنظمة خلايا الوقود هو النقص الحالي في البنية التحتية لتصنيع أو توفير كميات كافية من الهيدروجين. نتيجة لذلك ، تظل المشكلة الرئيسية التي لم يتم حلها هي توافر نوع معين من الوقود المستخدم في خلية الوقود. يعتبر البنزين والميثانول من أكثر ناقلات الطاقة على الأرجح لخلايا الوقود. ومع ذلك ، لا يزال كل وقود يواجه تحدياته الخاصة.

التكنولوجيا قيد التطوير حاليًا للألواح ثنائية القطب المركبة ذات اللحام الشبكي والأنابيب والعوازل المتكاملة. يقوم المهندسون بتطوير صفائح معدنية ثنائية القطب بطلاء خاص ، وقنوات تيار عالية الحرارة ، وعوازل عالية الحرارة ، ووسائل حماية من درجات الحرارة المرتفعة. كما يقومون بتطوير طرق التحكم والتصاميم لمعالجات الوقود ومكثفات البخار والسخانات الأولية ووحدات التبريد ذات المراوح والمحركات المدمجة. يستمر تطوير الحلول لنقل الهيدروجين والسوائل الكربونية والماء منزوع الأيونات والهواء إلى أجزاء مختلفة من النظام. يطور فريق Dana Filtration فلاتر مدخل الهواء لنظام خلايا الوقود.

من المعروف أن الهيدروجين هو وقود المستقبل. من المسلم به عمومًا أن خلايا الوقود سيكون لها تأثير كبير في نهاية المطاف على صناعة السيارات.

ومن المتوقع أن تصل السيارات والشاحنات المزودة بخلايا وقود مساعدة لتشغيل أجهزة تكييف الهواء وغيرها من الأجهزة الإلكترونية إلى الطريق قريبًا.

أرز. خلايا الوقود في السيارة (

أقطاب SOFC المنتجة في ISSP RAS: الأخضر - الأنود والأسود - الكاثود. توجد خلايا الوقود على ألواح ثنائية القطب لبطاريات SOFC

في الآونة الأخيرة ، زار صديق لي القارة القطبية الجنوبية. رحلة ممتعة! - قالت ، تم تطوير الأعمال السياحية بشكل متساوٍ بما يكفي لجلب المسافر إلى المكان والسماح له بالاستمتاع بالروعة القاسية للقطب الفرعي ، دون أن يتجمد حتى الموت. وهذا ليس سهلاً كما قد يبدو - حتى مع الأخذ في الاعتبار التقنيات الحديثة: الكهرباء والحرارة في القارة القطبية الجنوبية تساوي وزنهما ذهباً. احكم بنفسك ، مولدات الديزل التقليدية تلوث الثلج البكر وتتطلب الكثير من الوقود ، ومصادر الطاقة المتجددة ليست فعالة بعد. على سبيل المثال ، في محطة المتحف ، التي تحظى بشعبية لدى السياح في القطب الجنوبي ، يتم توليد كل الطاقة من خلال قوة الرياح والشمس ، ولكن مباني المتحف باردة ، ويستحم أربعة من القائمين بالرعاية بشكل حصري على السفن التي تجلب الضيوف إليهم.

إن مشاكل مصدر الطاقة المستمر وغير المنقطع مألوفة ليس فقط للمستكشفين القطبيين ، ولكن أيضًا لأي مصنّعين وأشخاص يعيشون في المناطق النائية.

يمكن حلها بطرق جديدة لتخزين وتوليد الطاقة ، ومن بينها مصادر التيار الكيميائي التي يبدو أنها واعدة. في هذه المفاعلات الصغيرة ، يتم تحويل طاقة التحولات الكيميائية مباشرة إلى كهرباء دون أن تتحول إلى حرارة. وبالتالي ، يتم تقليل الخسائر ، وبالتالي ، استهلاك الوقود بشكل حاد.

في مصادر الطاقة الكيميائية ، يمكن أن تحدث تفاعلات مختلفة ، ولكل منها مزاياها وعيوبها: بعضها "يتلاشى" بسرعة ، والبعض الآخر لا يعمل إلا في ظل ظروف معينة ، على سبيل المثال ، درجات حرارة عالية جدًا ، أو على وقود محدد بدقة ، مثل هيدروجين نقي. مجموعة من العلماء من معهد فيزياء الحالة الصلبة RAS (ISSP RAS) تحت قيادة سيرجي بريديخينراهنوا على ما يسمى بخلية وقود الأكسيد الصلب (SOFC). العلماء واثقون من أنه من خلال النهج الصحيح ، سيكون بإمكانه استبدال المولدات غير الفعالة في القطب الشمالي. تم دعم مشروعهم من قبل الفيدرالية البرنامج المستهدف"البحث والتطوير للفترة 2014-2020".

سيرجي بريديخين ، مدير مشروع برنامج الهدف الفيدرالي "تطوير تقنية مخبرية قابلة للتطوير لتصنيع مركبات SOFCs المستوية ومفهوم إنشاء محطات طاقة على أساسها لأغراض وهياكل مختلفة ، بما في ذلك الهجينة منها ، مع تصنيع واختبار نموذج تجريبي صغير الحجم لمحطة طاقة بقدرة 500-2000 واط "

لا ضوضاء وغبار ولكن بتفان كامل

اليوم ، الصراع في قطاع الطاقة هو من أجل إنتاج طاقة مفيد: العلماء يقاتلون من أجل كل نسبة مئوية من الكفاءة. تُستخدم المولدات التي تعمل وفقًا لمبدأ الاحتراق الداخلي للوقود الهيدروكربوني - زيت الوقود والفحم والغاز الطبيعي - على نطاق واسع (النوع الأخير من الوقود هو الأكثر ملاءمة للبيئة). تعتبر الخسائر أثناء استخدامها كبيرة: حتى مع أقصى قدر من التحسين ، لا تتجاوز كفاءة هذه التركيبات 45٪. في الوقت نفسه ، تتشكل أكاسيد النيتروجين (NOx) أثناء عملها ، والتي ، عند التفاعل مع الماء في الغلاف الجوي ، تتحول إلى أحماض عدوانية إلى حد ما.

بطارية SOFC تحت الحمل الميكانيكي

خلايا وقود الأكسيد الصلب (SOFCs) ليس لها مثل هذه "الآثار الجانبية". تبلغ كفاءة هذه التركيبات أكثر من 50٪ (وهذا فقط لإنتاج الكهرباء ، وعندما يؤخذ الناتج الحراري في الاعتبار ، يمكن أن تصل الكفاءة إلى 85-90٪) ، ولا تنبعث منها مركبات خطرة في الغلاف الجوي.

"هذه تقنية مهمة جدًا للمنطقة القطبية الشمالية أو سيبيريا ، حيث تكون البيئة والمشاكل المتعلقة بتوصيل الوقود مهمة بشكل خاص. لأن SOFCs تستهلك وقودًا أقل - أوضح سيرجي Bredikhin. "عليهم العمل دون توقف ، لذا فهم مناسبون تمامًا للعمل في المحطة القطبية ، أو المطار الشمالي."

مع استهلاك وقود منخفض نسبيًا ، تعمل هذه الوحدة أيضًا بدون صيانة لمدة تصل إلى 3-4 سنوات. "مولد الديزل ، وهو الأكثر استخدامًا اليوم ، يتطلب تغيير الزيت كل ألف ساعة. و SOFC يعمل 10-20 ألف ساعة بدون صيانة "- قال دميتري أجاركوف ، باحث مبتدئ في ISSP.

من الفكرة إلى البطارية

مبدأ تشغيل SOFC بسيط للغاية. إنها تمثل "بطارية" يتم فيها تجميع عدة طبقات من خلايا وقود الأكسيد الصلب. يحتوي كل عنصر على أنود وكاثود ، يتم توفير الوقود له من جانب الأنود ، ويتم توفير الهواء من جانب الكاثود. من الجدير بالذكر أن مجموعة متنوعة من الوقود مناسبة لمركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية ، من الهيدروجين النقي إلى أول أكسيد الكربون ومركبات الهيدروكربونات المختلفة. نتيجة للتفاعلات التي تحدث عند الأنود والكاثود ، يتم استهلاك الأكسجين والوقود ، ويتم إنشاء تيار أيوني بين الأقطاب الكهربائية. عندما يتم دمج بطارية في دائرة كهربائية ، يبدأ التيار في التدفق في تلك الدائرة.

محاكاة حاسوبية لتوزيع التيارات ومجالات درجة الحرارة في بطارية SOFC بحجم 100 × 100 مم.

الميزة غير السارة لتشغيل SOFC هي الحاجة إلى درجات حرارة عالية. على سبيل المثال ، تعمل عينة تم جمعها في ISSP RAS عند 850 درجة مئوية. يستغرق المولد حوالي 10 ساعات للتسخين إلى درجة حرارة التشغيل ، ولكن بعد ذلك سيعمل لعدة سنوات.

ستنتج خلايا الأكسيد الصلب التي يتم تطويرها في ISSP RAS ما يصل إلى 2 كيلوواط من الكهرباء ، اعتمادًا على حجم لوحة الوقود وعدد هذه اللوحات في البطارية. تم بالفعل تجميع واختبار نماذج أولية صغيرة من بطاريات 50 وات.

يجب إيلاء اهتمام خاص للألواح نفسها. تتكون اللوحة الواحدة من سبع طبقات ، لكل منها وظيفتها الخاصة. طبقتان على الكاثود والأنود تحفز كل منهما التفاعل وتسمح للإلكترونات بالمرور ، الطبقة البينية الخزفية بينهما تعزل الوسائط المختلفة (الهواء والوقود) ، ولكنها تسمح بمرور أيونات الأكسجين المشحونة. في هذه الحالة ، يجب أن يكون الغشاء نفسه قويًا بدرجة كافية (السيراميك بهذه السماكة يتضرر بسهولة) ، لذلك فهو نفسه يتكون من ثلاث طبقات: الطبقة المركزية تعطي ما يلزم الخصائص الفيزيائية- الموصلية الأيونية العالية - والطبقات الإضافية المطبقة على كلا الجانبين تضفي قوة ميكانيكية. ومع ذلك ، فإن خلية وقود واحدة رقيقة جدًا - لا يزيد سمكها عن 200 ميكرون.

طبقات SOFC

لكن خلية وقود واحدة لا تكفي - يجب وضع النظام بأكمله في حاوية مقاومة للحرارة تتحمل التشغيل لعدة سنوات عند درجة حرارة 850 درجة مئوية. بالمناسبة ، في إطار المشروع ، يستخدم علماء معهد فيزياء الحالة الصلبة التابع لأكاديمية العلوم الروسية الطلاءات التي تم تطويرها في سياق مشروع آخر لحماية العناصر الهيكلية المعدنية.

قال بريديخين: "عندما بدأنا هذا المشروع ، واجهنا حقيقة أنه ليس لدينا أي شيء في بلدنا: لا مواد خام ولا مواد لاصقة ولا مواد مانعة للتسرب". - كان علينا التعامل مع كل شيء. أجرينا عمليات محاكاة وتدربنا على خلايا وقود صغيرة على شكل حبوب. لقد اكتشفنا ما يجب أن تكون عليه من حيث التكوين والتكوين ، وكيف يتم تحديد موقعها ".

بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن خلية الوقود تعمل في بيئة ذات درجة حرارة عالية. هذا يعني أنه من الضروري التأكد من الإحكام ، للتحقق من أن المواد لن تتفاعل مع بعضها البعض عند درجة الحرارة المستهدفة. كانت المهمة المهمة هي "مزامنة" تمدد جميع العناصر ، لأن كل مادة لها معاملها الخطي الخاص للتمدد الحراري ، وإذا لم يتم الاتفاق على شيء ما ، فقد تنفجر جهات الاتصال ، وقد تنكسر المواد المانعة للتسرب والمواد اللاصقة. حصل الباحثون على براءة اختراع لتصنيع هذا العنصر.

نحو التنفيذ

ربما هذا هو السبب في أن مجموعة Bredikhin في ISSP قد بنت نظامًا كاملاً من التحضير التدريجي للمواد أولاً ، ثم الألواح ، وأخيراً خلايا الوقود والمولدات. بالإضافة إلى هذا الجناح التطبيقي ، هناك أيضًا اتجاه للتعامل مع العلوم الأساسية.

داخل جدران ISSP ، يتم إجراء رقابة صارمة على الجودة لكل دفعة من خلايا الوقود

الشريك الرئيسي في هذا المشروع هو مركز Krylov State العلمي ، والذي يعمل كمطور رئيسي لمحطة الطاقة ، بما في ذلك تطوير وثائق التصميم اللازمة وتصنيع "الأجهزة" في مصنعها التجريبي. يتم تنفيذ بعض الأعمال من قبل منظمات أخرى أيضًا. على سبيل المثال ، يتم إنتاج غشاء خزفي يفصل بين الكاثود والأنود بواسطة شركة نوفوسيبيرسك NEVZ-Keramiks.

بالمناسبة ، مشاركة مركز بناء السفن في المشروع ليست عرضية. مجال آخر واعد لتطبيق SOFC يمكن أن يكون الغواصات والطائرات بدون طيار تحت الماء. كما أنه من المهم للغاية بالنسبة لهم كم من الوقت يمكن أن يكونوا بلا اتصال بالإنترنت تمامًا.

قد ينظم الشريك الصناعي للمشروع ، مؤسسة طاقة بلا حدود ، إنتاج دفعات صغيرة من مولدات بقدرة 2 كيلووات على أساس مركز كريلوف العلمي ، لكن العلماء يأملون في توسع كبير في الإنتاج. وفقًا للمطورين ، فإن الطاقة التي يتم الحصول عليها في مولد SOFC تنافسية حتى للاستخدام المحلي في الزوايا النائية في روسيا. من المتوقع أن تكون تكلفة كيلوواط ساعة بالنسبة لهم حوالي 25 روبل ، ومع التكلفة الحالية للطاقة في ياقوتيا تصل إلى 100 روبل لكل كيلوواط * ساعة ، يبدو هذا المولد جذابًا للغاية. لقد تم بالفعل إعداد السوق ، ويؤكد سيرجي بريديخين أن الشيء الرئيسي هو أن يكون لديك الوقت لإثبات نفسه.

وفي الوقت نفسه ، تقوم الشركات الأجنبية بالفعل بإدخال مولدات تعتمد على SOFCs. الشركة الرائدة في هذا الاتجاه هي American Bloom Energy ، التي تنتج منشآت تبلغ 100 كيلوواط لمراكز الحوسبة القوية لشركات مثل Google و Bank of America و Walmart.

الفائدة العملية واضحة - يجب أن تكون مراكز البيانات الضخمة التي تعمل بهذه المولدات مستقلة عن انقطاع التيار الكهربائي. لكن بخلاف ذلك ، تسعى الشركات الكبيرة جاهدة للحفاظ على صورة الشركات التقدمية التي تهتم بالبيئة.

فقط في الولايات المتحدة ، يخضع تطوير مثل هذه التقنيات "الخضراء" لمدفوعات حكومية كبيرة - تصل إلى 3000 دولار لكل كيلوواط من الطاقة المنتجة ، وهو ما يزيد بمئات المرات عن تمويل المشاريع الروسية.

هناك منطقة أخرى في روسيا يبدو فيها استخدام مولدات SOFC واعدًا للغاية - الحماية الكاثودية لخطوط الأنابيب. بادئ ذي بدء ، نحن نتحدث عن خطوط أنابيب الغاز والنفط ، التي تمتد لمئات الكيلومترات عبر المناظر الطبيعية غير المأهولة في سيبيريا. وجد أنه عندما يتم تطبيق الجهد على أنبوب معدني ، فإنه يكون أقل عرضة للتآكل. تعمل محطات الحماية الكاثودية الآن على مولدات حرارية يجب مراقبتها باستمرار وكفاءتها 2٪ فقط. ميزتها الوحيدة هي تكلفتها المنخفضة ، ولكن إذا نظرت على المدى الطويل ، ضع في الاعتبار تكلفة الوقود (ويتم تغذيتها بمحتويات الأنبوب) ، وهذه "الجدارة" منها تبدو غير مقنعة. بمساعدة المحطات القائمة على مولدات SOFC ، من الممكن ليس فقط تنظيم إمداد مستمر من الجهد لخط الأنابيب ، ولكن أيضًا نقل الكهرباء لمسح القياس عن بُعد ... يقولون إن روسيا بدون علم هي أنبوب. اتضح أنه حتى هذا الأنبوب بدون علم وتقنيات جديدة هو أنبوب.

يتعلق الاختراع بمجال الهندسة الكهربائية ويمكن استخدامه في خلايا الوقود. تشتمل اللوحة ثنائية القطب لخلية الوقود على صفيحة ، وهي مساحة تدفق مائع تكونت على جانبي اللوحة ، وشبكة اتجاه مائع مثبتة في مساحة تدفق السوائل. يتم تشكيل قناة مدخل متصلة بمساحة تدفق السوائل وقناة مخرج متصلة بمساحة تدفق السوائل على اللوحة. يتم تصنيع اللوح ثنائي القطب باستخدام قالب محدد ومعالجة مناسبة. والنتيجة هي توزيع أكثر توازناً للتدفقات وانخفاض مقاومة تدفق الوقود والهواء المتدفق ، على التوالي ، إلى قطب الوقود وإلكترود الهواء لخلية الوقود. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن زيادة مساحة التفاعل مع مجموعة الغشاء الكهربائي ومنطقة الانتشار ، ويمكن تبسيط التصنيع وتسهيله ، 6 N. و 14 c.p. و- لي ، 16 مريضا.

مجال التكنولوجيا

يتعلق الاختراع بخلية وقود ، وعلى وجه الخصوص ، لوحة ثنائية القطب لخلية وقود وطريقة لصنع مثل هذه اللوحة قادرة على التوحيد في توزيع التدفقات ، وتقليل المقاومة لتدفقات الوقود والهواء ، على التوالي ، في الوقود قطب كهربائي وقطب هوائي لخلية الوقود وتبسيط تصنيعه ...

مثال رائع من الفن

تولد خلية الوقود بشكل عام طاقة صديقة للبيئة وتم إنشاؤها لتحل محل طاقة الوقود الأحفوري التقليدية. كما هو مبين في الشكل 1 ، تشتمل خلية الوقود على مكدس 100 يتم دمجه مع وحدة خلية واحدة على الأقل 101 يحدث فيها تفاعل كهروكيميائي ؛ خط إمداد الوقود 200 متصل بالمكدس 100 لتزويد الوقود ؛ قناة إمداد 300 متصلة بالعبوة 100 لتزويد الهواء ؛ وأنابيب العادم 400 ، 500 لتفريغ المنتجات الثانوية للتفاعل المستمر للوقود والهواء على التوالي. تشتمل خلية الوحدة 101 على قطب كهربائي للوقود (أنود) (غير موضح) يتم إمداد الوقود إليه ؛ وإلكترود هوائي (كاثود) (غير معروض) يزود به الهواء.

أولاً ، يتم توفير الوقود والهواء إلى قطب الوقود وإلكترود الهواء للمكدس 100 عبر خط إمداد الوقود 200 وخط تزويد الهواء 300 ، على التوالي. يتأين الوقود المزود لإلكترود الوقود إلى أيونات موجبة وإلكترونات (e-) من خلال تفاعل أكسدة كهروكيميائية في قطب الوقود ، وتتحرك الأيونات الموجبة المتأينة عبر الإلكتروليت إلى قطب الهواء ، وتتحرك الإلكترونات إلى قطب الوقود. تخضع الأيونات الموجبة المنقولة إلى قطب الهواء لتفاعل اختزال كهروكيميائي مع الهواء المزود بإلكترود الهواء وتولد منتجات ثانوية مثل حرارة التفاعل والماء ، إلخ. في هذه العملية ، عندما تتحرك الإلكترونات ، يتم توليد الكهرباء. يتم تفريغ الوقود بعد التفاعل عند قطب الوقود ، وكذلك الماء والمنتجات الثانوية الإضافية المتولدة في القطب الكهربائي للهواء ، من خلال خطوط المخرج 400 ، 500 ، على التوالي.

يمكن تصنيف خلايا الوقود إلى أنواع مختلفة وفقًا للإلكتروليت والوقود المستخدم فيها ، إلخ.

في غضون ذلك ، كما هو مبين في الشكل 2 ، يشتمل العنصر الوحدوي 101 الذي يشكل المكدس 100 على لوحين ثنائي القطب 10 لهما ممر مفتوح 11 يتدفق من خلاله الهواء أو الوقود ؛ وتجميع القطب الكهربائي الغشائي (MEA ، من "مجموعة القطب الغشائي" الإنجليزية أو MEA) 20 ، موضوعة بين هذين الصفيحتين ثنائي القطب 10 بحيث يكون لها سماكة ومساحة معينة. يتم دمج لوحين ثنائي القطب 10 وموضعين بينهما MEA 20 مع بعضهما البعض عن طريق وسائل إضافية 30 ، 31 من الاتحاد. تشكل القناة 11 للوحة ثنائية القطب 10 وجانب MEA 20 قطب الوقود ، وعندما يتدفق الوقود عبر هذه القناة من قطب الوقود ، يحدث تفاعل أكسدة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن القناة التي تشكلها القناة 11 للوحة ثنائية القطب الأخرى 10 والجانب الآخر من MEA 20 تشكل قطبًا هوائيًا ، ويحدث تفاعل الاختزال عندما يتدفق الهواء عبر هذه القناة من قطب الهواء.

يؤثر شكل اللوحة ثنائية القطب 10 ، وخاصة شكل القناة 11 ، على مقاومة التلامس التي يوفرها تدفق الوقود والهواء وتوزيع التدفق وما شابه ، كما تؤثر مقاومة التلامس وتوزيع التدفق على خرج الطاقة (الطاقة نجاعة). بالإضافة إلى ذلك ، تم تشكيل الألواح ثنائية القطب 10 لتسهيل التصنيع وإنتاج الكميات.

كما هو مبين في الشكل 3 ، في صفيحة ثنائية القطب تقليدية ، من خلال الثقوب 13 ، 14 ، 15 ، 16 تتشكل ، على التوالي ، عند كل حافة من حواف اللوحة 12 بسماكة معينة وشكل مستطيل.

بالإضافة إلى ذلك ، تتشكل مجموعة من القنوات 11 على جانب اللوحة 12 لربط الفتحة المروية 13 بالفتحة المائلة 16. هذه القنوات 11 لها شكل متعرج. كما هو مبين في الشكل 4 ، في المقطع العرضي للقناة 11 ، تتميز هذه القناة 11 بعرض وسمك معينين وجانب مفتوح واحد. على الجانب الآخر من اللوحة 12 ، يتم تشكيل قنوات متعددة 11 لتوصيل قناتين مرتبتين قطريًا من خلال الثقوب 14 ، 16 ، هذه القنوات 11 لها نفس شكل القنوات المتكونة على الجانب الآخر.

فيما يلي وصف لعمل الصفيحة ثنائية القطب التقليدية. أولاً ، تدفق الوقود والهواء ، على التوالي ، في الفتحات 13 ، 14 ، ويمر عبر الفتحات 13 ، 14 ، تدفق الوقود والهواء إلى القنوات 11. يتدفق الوقود أو الهواء في القنوات 11 بطريقة متعرجة على طول القنوات 11 ويتم تصريفها إلى الخارج من خلال الفتحات 15 ، 16. في هذه العملية ، في MEU 20 (كما هو موضح في الشكل 2) ، حيث يتدفق الوقود ، يحدث تفاعل أكسدة ، وفي نفس الوقت يحدث تفاعل الاختزال في MEU حيث يتدفق الهواء.

ومع ذلك ، في حالة الصفيحة ثنائية القطب التقليدية ، نظرًا لأن القنوات 11 تتشكل في نمط متعرج ، يمكن توزيع التدفق بالتساوي فقط إلى حد معين. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن القنوات التي يمر من خلالها الوقود وتدفق الهواء معقدة وطويلة ، تزداد مقاومة التدفق ، وبالتالي يزداد فقدان الضغط لإنشاء الوقود وتدفق الهواء. بالإضافة إلى ذلك ، منذ ذلك الحين العملية التكنولوجيةالتصنيع معقد ومرهق ، وتكاليف التصنيع مرتفعة.

الجوهر التقني للاختراع الحالي

من أجل حل المشكلات الموصوفة أعلاه ، يتمثل هدف الاختراع الحالي في توفير لوحة ثنائية القطب لخلية وقود وطريقة لجعل هذه اللوحة قادرة على توحيد توزيع التدفق وتقليل المقاومة لتدفق الوقود و يتدفق الهواء إلى قطب الوقود وإلكترود الهواء لخلية الوقود ، على التوالي. وتبسيط تصنيعه.

من أجل تحقيق الأشياء المذكورة أعلاه ، تشتمل الصفيحة ثنائية القطب لخلية الوقود على صفيحة ذات سماكة ومساحة محددة ؛ مساحة تدفق السوائل تكونت على جانبي الصفيحة بحيث يكون لها عرض وطول وعمق معينان ؛ شبكة توجيه السوائل مثبتة في مساحة تدفق السوائل بحيث يكون لها شكل محدد ؛ يتم تكوين مدخل على اللوحة بحيث يتم توصيله بمساحة تدفق السوائل واستقبال السائل ؛ ومخرج يتكون على اللوحة بحيث يتم توصيله بمساحة تدفق السوائل وتفريغ السائل.

بالإضافة إلى ذلك ، تتضمن طريقة تصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية الوقود تصنيع قالب لمعالجة الصفيحة ، حيث يتم تشكيل مساحة تدفق مائع لها مساحة وعمق معينان على كلا الجانبين ، ويتم تشكيل قناة داخلية عن طريق شبكة دعم بارزة على شكل شبكة من مساحة تدفق السوائل ؛ تشكيل اللوح باستخدام هذا القالب ؛ معالجة الصفيحة لتشكيل مدخل للسماح بتدفق السوائل إلى مساحة تدفق السوائل التي تحتوي على شبكة دعم ؛ ومعالجة اللوحة لتشكيل منفذ للسماح بالتدفق خارج مساحة تدفق السوائل.

بالإضافة إلى ذلك ، تشتمل الصفيحة ثنائية القطب لخلية الوقود على صفيحة ذات سماكة ومساحة محددة ؛ منطقة قناة بها نتوءات شبكية مجاورة لمجموعة من الفتحات الشبكية المتكونة على طول منطقة معينة من جانبي اللوحة ؛ يتم تكوين مدخل على جانب اللوحة بحيث يتم توصيله بالأخاديد الشبكية في منطقة القناة واستقبال السائل ؛ ومخرج يتشكل على جانب اللوحة لتصريف السوائل التي تمر عبر الأخاديد الشبكية لمنطقة القناة.

بالإضافة إلى ذلك ، تتضمن طريقة تصنيع صفيحة خلية وقود ثنائية القطب صنع صفيحة بسماكة ومساحة محددة ؛ إجراء المعالجة الآلية لتشكيل أخاديد شبكية مجاورة للنتوءات الشبكية المتكونة على جانبي الصفيحة ؛ ومعالجة اللوحة لتشكيل المدخل والمخرج بحيث يتم توصيلهما بفتحات الشبكة.

بالإضافة إلى ذلك ، تشتمل الصفيحة ثنائية القطب لخلية الوقود على صفيحة بسماكة معينة ومنطقة يتم فيها ، على كلا الجانبين الجانبيين في الوسط ، بالضغط ، تشكيل قنوات متعددة ، تتكون من عدة تقلبات صعود وهبوط ، بحيث يكون لديهم عرض وطول محددين ؛ وعضو مانع للتسرب متصل على التوالي بمحيط جانبي اللوحة وذلك لتشكيل قنوات داخلية مع قنوات الصفيحة ومدخل ومخرج يتدفق من خلاله السائل داخل وخارج هذه القنوات.

بالإضافة إلى ذلك ، تتضمن طريقة تصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود قطع الصفيحة إلى حجم معين ؛ الضغط على جانبي لوحة القطع لتشكيل قنوات متعددة يتدفق من خلالها السائل ؛ ودمج عضو الختم مع محيط اللوحة المضغوطة.

وصف موجز للرسومات

تم دمج الرسومات المصاحبة ، والتي تم تضمينها لتوفير فهم أفضل للاختراع ، في هذه المواصفات وتشكل جزءًا منها ، وتوضح تجسيدات الاختراع ، بالإضافة إلى الوصف تعمل على شرح مبادئ الاختراع.

في هذه الرسومات:

الشكل 1 يوضح النظام التقليديخلية وقود

الشكل 2 عبارة عن عرض منظور مفجر يوضح جزءًا من كومة خلايا الوقود التقليدية ؛

الشكل 3 هو منظر علوي يوضح صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود تقليدية ؛

الشكل 4 عبارة عن عرض مقطعي على طول الخط AB في الشكل 3 ؛

الشكل 5 عبارة عن منظر علوي يوضح تجسيدًا أول للوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي ؛

الشكل 6 عبارة عن عرض منظور مفجر يوضح جزء من لوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا لتجسيد أول للاختراع الحالي ؛

الشكل 7 عبارة عن مخطط كتلة يوضح تجسيدًا أول لطريقة لتصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي ؛

الشكل 8 عبارة عن عرض منظور مفجر يوضح كومة لوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا لتجسيد أول للاختراع الحالي ؛

الشكل 9 هو منظر علوي يوضح ظرف العملصفيحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للنموذج الأول للاختراع الحالي ؛

10 و 11 عبارة عن مناظر مقطعية علوية وأمامية توضح تجسيدًا ثانيًا للوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي ؛

12 عبارة عن مخطط كتلة يوضح تجسيدًا ثانيًا لطريقة لتصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي ؛

الشكل 13 عبارة عن منظر علوي يوضح حالة التشغيل للوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا لنموذج ثانٍ للاختراع الحالي ؛

14 و 15 هي مناظر مقطعية علوية وأمامية توضح تجسيدًا ثالثًا للوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي ؛ و

الشكل 16 عبارة عن مخطط كتلة يوضح تجسيدًا ثالثًا لطريقة لتصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي.

أولاً ، سيتم وصف أول نموذج للوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي.

الشكل 5 عبارة عن منظر علوي يوضح تجسيدًا أول للوحة خلية وقود ثنائية القطب وفقًا للاختراع الحالي ، والشكل 6 عبارة عن عرض منظور مفجر يوضح جزءًا من لوحة خلية وقود ثنائية القطب وفقًا لتجسيد أول للاختراع الحالي ....

كما هو مبين في الشكلين 5 و 6 ، يشتمل التجسيد الأول للوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي على لوحة 40 ذات سماكة ومساحة محددة ؛ مساحة تدفق السوائل 41 تكونت على جانبي اللوحة 40 بحيث يكون لها عرض وطول وعمق محدد ؛ شبكة 42 من اتجاه السائل ، مثبتة في الفضاء 41 لتدفق السائل بحيث يكون لها شكل محدد ؛ يتم تكوين مدخل 43 على اللوحة 40 متصل بمساحة تدفق السوائل 41 لإدخال السائل ؛ ومخرج 44 يتكون على اللوحة 40 متصل بمساحة تدفق السوائل 41 لتفريغ السائل.

للوحة 40 شكل مستطيل وسمك معين ، يتم تشكيل مساحة تدفق السوائل 41 ، على التوالي ، على جانبي اللوحة المستطيلة 40 ، ولها شكل مستطيل وعمق معين. اللوحة 40 مصنوعة من مادة الفولاذ المقاوم للصدأ. قد يكون للوحة 40 ومساحة تدفق السوائل 41 أشكال أخرى إلى جانب الشكل المستطيل.

شبكة اتجاه السوائل 42 لها شكل مستطيل أصغر من مساحة تدفق السوائل 41 بحيث يمكن إدخالها في مساحة تدفق السوائل 41 من اللوحة 40 ولا يزيد سمكها عن عمق مساحة تدفق السوائل 41 ...

يتكون المدخل 43 على شكل ثقب واحد على الأقل من خلال ويتكون على جانب واحد من اللوحة 40. المخرج 43 مصنوع على شكل ثقب واحد على الأقل من خلال ويتكون على الجانب المقابل من المدخل 43 ليكون قطريًا لهذا المدخل 43.

الشكل 7 عبارة عن مخطط كتلة يوضح تجسيدًا أول لطريقة لتصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي.

كما هو مبين في الشكل 7 ، في النموذج الأول لطريقة تصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي ، يتم عمل قالب لمعالجة صفيحة ، حيث يوجد مساحة تدفق مائع بها منطقة معينة و يتم تشكيل العمق على كلا الجانبين ، وشبكة بارزة في مساحة تدفق السوائل. بعد ذلك ، تتم معالجة اللوحة باستخدام هذا القالب. في هذه الحالة ، يتم تشكيل مساحة تدفق مائع مستطيلة ذات عمق معين في اللوحة على جانبي اللوحة المستطيلة بعمق معين ، ويتم تكوين شبكة في مساحة تدفق السوائل لتشكيل قناة. يمكن تشكيل هذه الشبكة أشكال مختلفة.

تتم معالجة اللوحة أيضًا لتوفير مدخل للسماح بتدفق السائل إلى مساحة تدفق السوائل التي توفرها الشبكة ، ومعالجتها لتوفير منفذ مخرج للسماح بالتدفق خارج مساحة تدفق السوائل. قناة المدخل وقناة المخرج ، على التوالي ، مصنوعة في شكل ثقب واحد على الأقل أو أخدود مفتوح.

أولاً ، يتم تكديس الصفائح ثنائية القطب لخلية الوقود. بمزيد من التفصيل ، كما هو مبين في الشكل 8 ، يتم وضع MEA (M) بين الألواح ثنائية القطب (BP) ويتم دمجها مع بعضها البعض عن طريق الجمع بين الوسائل (غير موضحة). في هذه الحالة ، تشكل مساحة تدفق السوائل 41 على جانب اللوحة ثنائية القطب (BP) ، وشبكة اتجاه السوائل 42 التي تشكلت في مساحة تدفق السوائل 41 ، والجانب MEA (M) يشكل مسارًا (قناة) من خلاله تدفقات الوقود. الجانب الآخر من MEA (M) ، الفضاء 41 من تدفق السوائل المتكون على جانب الصفيحة ثنائية القطب الأخرى (BP) التي تواجه الصفيحة ثنائية القطب الأولى (BP) ، والشبكة 42 لاتجاه السائل المتكون في يتكون الفضاء 41 من تدفق السائل من المسار (القناة) الذي يتدفق من خلاله الهواء.

مع هذا الهيكل ، عندما يتم توفير الوقود لمدخل اللوح ثنائي القطب (BP) 43 كما هو موضح في الشكل 9 ، يتدفق الوقود الموجود في المدخل 43 إلى مساحة تدفق السوائل 41. علاوة على ذلك ، يتم توزيع (توزيع) الوقود في مساحة تدفق السوائل 41 في جميع أنحاء مساحة تدفق السوائل 41 بواسطة شبكة توجيه السوائل 42 الموضوعة في مساحة تدفق السوائل 41 ، ثم يتم تفريغ هذا الوقود إلى الخارج من خلال منفذ المخرج 44.

في هذه العملية ، لا تؤدي الشبكة 42 لاتجاه المائع في الفراغ 41 لتدفق السائل وظيفة التوجيه فقط من خلال توزيع الوقود بشكل موحد في الفراغ 41 لتدفق السائل ، ولكن أيضًا "الانتشار "وظيفة (وظيفة الانتشار) مع التنظيم المناسب لكثافة التدفق. في هذه الحالة ، يمكن تعديل التوزيع والضغط حسب حجم "خلايا" اتجاه الشبكة 42 للسائل. وفي الوقت نفسه ، نظرًا لتشكيل الشبكة 42 لاتجاه السائل على شكل شبكة ، فإن منطقة التلامس مع MEA (M) الملامسة للوحة ثنائية القطب (BP) تقل نسبيًا ، وبالتالي ، منطقة التلامس الفعالة للوقود وزيادات MEA (M).

بالإضافة إلى ذلك ، يتدفق الهواء من خلال نفس العملية الموضحة أعلاه.

في حالة طريقة تصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للتجسيد الأول للاختراع الحالي ، من خلال تصنيع اللوحة بقالب ، يمكن إنتاجها بكميات كبيرة بسهولة. بمزيد من التفصيل ، من خلال صنع لوحة بشبكة دعم وتشكيل مدخل ومخرج ، يمكن تصنيع الصفيحة ثنائية القطب ببساطة وسهولة.

10 و 11 عبارة عن مناظر مقطعية علوية وأمامية توضح تجسيدًا ثانيًا للوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي.

كما هو مبين في الشكلين 10 و 11 ، تشتمل لوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا لنموذج ثانٍ للاختراع على لوحة 50 ذات سماكة ومساحة محددة ؛ منطقة قناة 53 بها نتوءات شعرية 52 مجاورة لمجموعة من الفتحات الشبكية 51 المتكونة على طول منطقة معينة من جانبي اللوحة 50 ؛ يتم تكوين مدخل 54 على جانب واحد من اللوحة 50 بحيث يتم توصيله بالأخاديد الشبكية 51 لمنطقة قناة حقن السوائل 53 ؛ ومخرج 55 تم تشكيله على هذا الجانب من اللوحة 50 لتصريف السوائل التي تمر عبر الأخاديد الشبكية 51 من منطقة القناة 53.

للوحة 50 شكل مستطيل وسمك معين. تتشكل منطقة القناة 53 على التوالي على جانبي اللوحة 50 بحيث يكون لها شكل مستطيل. يمكن تشكيل اللوحة 50 ومنطقة القناة 53 لأشكال مختلفة بالإضافة إلى كونها مستطيلة.

تتشكل الإسقاطات الشبكية 52 على شكل مخروط مستطيل ، ويتشكل كل أخدود شبكي 51 بين الإسقاطات الشبكية 52 على شكل مخروط مستطيل. يمكن تشكيل النتوء الشبكي 52 ليكون له شكل مخروطي مثلث.

نتوءات شعرية 52 متباعدة بانتظام. في أحد التعديلات ، يمكن ترتيب النتوءات الشبكية 52 بطريقة غير منتظمة.

يتكون المدخل 54 والمخرج 55 على التوالي على جانب واحد من اللوحة 50 ليكون لهما شكل مفتوح بعرض وعمق محددين. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تشكيل المدخل 54 والمخرج 55 على التوالي كواحد على الأقل من خلال الفتحة.

صُنعت اللوحة ثنائية القطب لخلية الوقود وفقًا للنموذج الثاني للاختراع الحالي من الفولاذ المقاوم للصدأ.

الشكل 12 عبارة عن مخطط كتلة يوضح تجسيدًا ثانيًا لطريقة لتصنيع لوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي.

كما هو مبين في الشكل 12 ، في طريقة تصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا لنموذج ثانٍ للاختراع الحالي ، فإن الخطوة الأولى هي تصنيع لوح بسمك ومساحة محددين. ثم يتم تنفيذ خطوة تصنيع ثانية لتشكيل الأخاديد الشبكية المجاورة للنتوءات الشبكية على جانبي اللوحة. تتضمن هذه الخطوة الثانية خطوات فرعية من إحراز جانبي اللوحة لتشكيل نتوءات شعرية ؛ وطحن جانبي اللوحة المحزوز. تكون النتوءات الشبكية التي شكلتها الحز على شكل مخروط مستطيل ، ولكن يمكن تشكيلها في أشكال أخرى إلى جانب الشكل المخروطي المستطيل. من خلال الإحراز ، تتشكل الأخاديد الشبكية بين النتوءات الشبكية ، وتشكل الأخاديد الشبكية قنوات يتدفق خلالها السائل. عن طريق الطحن ، من الممكن إزالة النتوءات الناتجة عن الحز ومعالجة الأطراف الحادة (قمم) النتوءات الشبكية بحيث تكون حادة.

وأخيرًا ، تتمثل الخطوة الثالثة في تشكيل اللوحة بتصميم المدخل والمخرج بحيث يتم توصيلهما بالأخاديد الشبكية.

يتم تجميع الصفائح ثنائية القطب لخلية الوقود في كومة. في هذه الحالة ، تشكل منطقة القناة 53 المتكونة على جانب واحد من الصفيحة ثنائية القطب (BP) وجانب MEA (M) مسارًا (قناة) يتدفق الوقود على طوله. يشكل الجانب الآخر من MEM (M) وجانب اللوح ثنائي القطب الآخر (BP) المواجه للوحة ثنائية القطب الأولى (BP) مسارًا (قناة) يتدفق الهواء من خلاله.

مع هذا الهيكل ، عندما يتم توفير الوقود للمدخل 54 من اللوحة ثنائية القطب (BP) ، كما هو موضح في الشكل 13 ، يتدفق الوقود في المدخل 54 عبر منطقة القناة بأكملها 53 على طول مسار (قناة) يتكون من (y ) أخاديد شعرية 51 في المنطقة 53 قناة ، ثم يتم تفريغ هذا الوقود للخارج عبر مخرج القناة 55.

في هذه العملية ، نظرًا للشكل الصغير والموحد لمثل هذه الشبكة المتكونة من الأخاديد الشبكية 51 المتكونة من نتوءات شعرية 52 في منطقة القناة 53 ، لا يمكن توزيع السائل بالتساوي فحسب ، بل يتشتت أيضًا. في هذه الحالة ، نظرًا للنتوءات الشبكية 52 التي تشكلت في المنطقة 53 من القناة ، فإن منطقة التلامس للوحة ثنائية القطب (BP) و MEA (M) تقل نسبيًا ، ومنطقة التلامس الفعالة في الوقود و MEA (M) الزيادات.

بالإضافة إلى ذلك ، يتدفق الهواء من خلال نفس العملية كما هو موضح أعلاه.

في حالة طريقة تصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للتجسيد الثاني للاختراع الحالي ، عن طريق تشكيل لوحة مستطيلة بسمك معين على كلا الجانبين لتشكيل مدخل ومخرج بواسطة لفافة ، إلخ. ، التصنيع بسيط وسريع.

14 و 15 هي مناظر مقطعية علوية وأمامية توضح تجسيدًا ثالثًا للوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي.

كما هو مبين في الشكلين 14 و 15 ، تشتمل اللوحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا لتجسيد ثالث للاختراع الحالي على لوحة 60 بسماكة معينة ومنطقة تتشكل فيها قنوات متعددة 61 على كلا الجانبين الجانبيين في الوسط عن طريق الضغط ، الذي يتكون من العديد من الصعود والنزول ، بحيث يكون لها عرض وطول معين ؛ وعضو مانع للتسرب 65 متصل على التوالي بمحيط جانبي اللوحة 60 لتشكيل قنوات 62 أ ، 62 ب ، 62 ج مع القنوات 61 للوحة 60 ، ومدخل 63 ومخرج 64 يتدفق من خلاله السائل و خارجا.

الصفيحة 60 على شكل صفيحة معدنية مستطيلة ، والقنوات 61 تتشكل في منطقة داخلية معينة من هذه اللوحة المعدنية المستطيلة. وتتكون القنوات 61 ، التي تتكون من عدة تقلبات صعود وهبوط ، على جانبي اللوحة 60 عند فترات منتظمة. عندما يتم الضغط على اللوحة 60 ، يتم تشكيل القنوات 61 على التوالي على جانبي اللوحة 60 ، والقنوات 61 لها نفس العمق.

عنصر الختم 65 له شكل مستطيل وعرض معين ، وله نفس سماكة ارتفاع ارتفاع القناة 61 ، وله نفس حجم اللوحة 60. ارتفاع ارتفاع القناة 61 هو 2.5 مم تقريبًا.

مدخل 63 يتدفق من خلاله السائل على جانب واحد من قطعة مانعة للتسرب 65 ، ويتم تشكيل مخرج 64 ليكون مقابل المدخل 63.

يشتمل الممر الداخلي المكون من قطعة مانعة للتسرب 65 على ممر مدخل عازلة 62 أ لتوزيع السوائل عبر الممرات 61 من اللوحة 60 ؛ منفذ عازلة 62 ب للسماح للسوائل بالمرور عبر القنوات 61 من اللوحة 60 للتدفق إلى المخرج 64 ؛ وممر توصيل 62 ج لتوصيل مدخل المخزن المؤقت 62 أ ومخرج المخزن المؤقت 62 ب.

الشكل 16 عبارة عن مخطط كتلة يوضح تجسيدًا ثالثًا لطريقة لتصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود وفقًا للاختراع الحالي.

كما هو مبين في الشكل 16 ، في طريقة تصنيع صفيحة خلية وقود ثنائية القطب وفقًا للتجسيد الثالث للاختراع الحالي ، تتمثل الخطوة الأولى في الحصول على اللوحة 60 عن طريق قطع صفيحة معدنية ذات سماكة ومساحة محددة وفقًا لـ حجم محدد ، والخطوة الثانية هي الضغط على اللوح 60 وذلك لتشكيل قنوات متعددة 61 على جانبي الصفيحة 60. اللوحة المعدنية 60 لها شكل مستطيل.

يتم عمل القنوات 61 من اللوحة 60 مستقيمة ، ولها طول معين ، وارتفاع ارتفاع القنوات 61 هو نفسه. قد تحتوي القناة 61 من اللوحة 60 على أشكال مقطعية مختلفة مثل شكل موجة أو شكل مستطيل.

تتمثل الخطوة الثالثة في دمج قطعة الختم 65 مع الخطوط العريضة للوحة المضغوطة 60. يتم تشكيل قطعة الختم 65 على شكل فاصل مستطيل له عرض وسمك محددان ، ويتم دمج قطعة الختم 65 هذه مع مخطط اللوحة 60 لتحيط بالمنطقة الداخلية للوحة 60. وبالتالي يتم تشكيل القنوات 62 أ ، 62 ب ، 62 ج. يتم تشكيل المدخل 63 والمخرج 64 على قطعة الختم 65. يمكن تشكيل المدخل 63 والمخرج 64 عن طريق قطع جزء من عضو الختم 65.

كما هو موصوف أعلاه في النموذج الأول للاختراع الحالي ، يتم تجميع كومة خلايا الوقود. في هذه الحالة ، تشكل ارتفاعات القناة المستقيمة 61 المتكونة على جانب الصفيحة ثنائية القطب (BP) وجانب MEA (M) مسارًا (قناة) يتدفق من خلاله الوقود. يشكل الجانب الآخر من MEA (M) ونزول القنوات المستقيمة 61 المتكونة على جانب الصفيحة ثنائية القطب الأخرى (BP) المواجهة للوحة ثنائية القطب الأولى (BP) مسارًا (قناة) يتدفق الهواء من خلاله.

مع هذا الهيكل ، عندما يتم توفير الوقود للمدخل 63 للوحة ثنائية القطب (BP) ، يتدفق الوقود في المدخل 63 عبر هذا المسار ، أي مدخل المخزن المؤقت 62 أ ، وقناة التوصيل 62 ج ، والقناة 61 ومخرج المخزن المؤقت 62 ب. بعد ذلك ، يتم تفريغ الوقود إلى الخارج من خلال المخرج 64. بالإضافة إلى ذلك ، يتدفق الهواء من خلال نفس العملية كما هو موضح أعلاه.

بالإضافة إلى ذلك ، في الاختراع الحالي ، من خلال تصنيع لوح معدني عن طريق معالجة الضغط ، يكون التصنيع بسيطًا وسريعًا. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال تقليل سمك اللوح ثنائي القطب ، يمكن تقليل حجم ووزن العبوة.

قابلية التطبيق الصناعي

كما هو موصوف أعلاه ، في حالة لوحة ثنائية القطب لخلية وقود وطريقة تصنيعها وفقًا للاختراع الحالي ، من خلال توحيد تدفقات الوقود والهواء ، على التوالي ، المتدفقة إلى قطب الوقود وإلكترود الهواء لخلية الوقود ، في ازدياد منطقة فعالةالتفاعل مع MEI وزيادة منطقة الانتشار ، يمكن زيادة إنتاج الطاقة (كفاءة الطاقة). من خلال تقليل مقاومة تدفق الوقود والهواء ، يمكن تقليل فقد الضغط الذي يولد تدفق الوقود والهواء ، على سبيل المثال. E. قوة الضخ. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال تبسيط التصنيع وتسهيله ، يمكن تقليل تكاليف الإنتاج بشكل كبير وبالتالي يكون الإنتاج التسلسلي ممكنًا.

1. صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود تحتوي على صفيحة بسماكة ومساحة معينة ؛ مساحة تدفق السوائل تتشكل على كلا الجانبين الجانبيين للوحة ، حيث يتم تشكيل مساحة تدفق السوائل للحصول على عرض وطول وعمق معينين ؛ شبكة اتجاه السوائل مثبتة في مساحة تدفق السوائل ، وشبكة اتجاه السوائل لها شكل محدد ؛ مدخل يتكون على اللوح في اتصال مع مساحة تدفق السوائل لإدخال السائل ؛ ومخرج يتكون على اللوح في اتصال مع مساحة تدفق السوائل لتفريغ السائل.

2. الصفيحة ثنائية القطب وفقًا للمطالبة رقم 1 ، حيث يتم تشكيل مساحة تدفق السوائل على شكل مستطيل وتكون شبكة اتجاه المائع مستطيلة الشكل لا يزيد حجم مساحة تدفق السائل.

3. لوح ثنائي القطب وفقًا للمطالبة 1 ، حيث لا يزيد سمك شبكة اتجاه السوائل عن عمق مساحة تدفق السوائل.

4. الصفيحة ثنائية القطب وفقًا للمطالبة 1 ، حيث يتم تشكيل المدخل والمخرج على التوالي على أنه ثقب واحد على الأقل من خلال ثقب ويتم تشكيلهما على جانب اللوحة.

5. الصفيحة ثنائية القطب وفقًا لعنصر الحماية 1 ، حيث يتم وضع المدخل والمخرج قطريًا لبعضهما البعض.

6. الصفيحة ثنائية القطب وفقًا للمطالبة 1 ، حيث تكون اللوحة مصنوعة من مادة الفولاذ المقاوم للصدأ.

7. طريقة لتصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود ، بما في ذلك صنع قالب لمعالجة الصفيحة ، حيث يتم تشكيل مساحة تدفق مائع لها منطقة وعمق معينان على كلا الجانبين ، وشبكة بارزة في مساحة تدفق السوائل لقد تكون؛ صنع اللوحة باستخدام هذا القالب ؛ معالجة الصفيحة لتشكيل مدخل لتدفق السائل إلى مساحة تدفق السوائل الشبكية ؛ ومعالجة الصفيحة لتشكيل مخرج لتدفق السوائل من مساحة تدفق السوائل.

8. صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود ، تحتوي على صفيحة ذات سماكة ومساحة معينة ؛ منطقة قناة بها نتوءات شبكية مجاورة لمجموعة من الفتحات الشبكية المتكونة على طول منطقة معينة من جانبي اللوحة ؛ مدخل يتكون على جانب الصفيحة متصل بالأخاديد الشبكية لإدخال سائل ؛ ومخرج على جانب الصفيحة متصل بالأخاديد الشبكية لتفريغ السوائل في الأخاديد الشبكية.

9. الصفيحة ثنائية القطب وفقاً لعنصر الحماية 8 ، حيث يتم تشكيل الإسقاط الشبكي ليكون له شكل مخروطي مستطيل.

10. الصفيحة ثنائية القطب وفقاً لعنصر الحماية 8 ، حيث يتم تشكيل نتوءات الشبكة على فترات منتظمة.

11. الصفيحة ثنائية القطب وفقًا لعنصر الحماية 8 ، حيث يتم تشكيل المدخل والمخرج على التوالي على جانب اللوحة ليكون لها شكل مفتوح بعرض وعمق محددين.

12. الصفيحة ثنائية القطب طبقًا لعنصر الحماية 8 ، حيث تكون اللوحة مصنوعة من مادة الفولاذ المقاوم للصدأ.

13. طريقة لصنع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود ، بما في ذلك صنع صفيحة ذات سماكة ومساحة محددة ؛ إجراء المعالجة الآلية لتشكيل أخاديد شبكية مجاورة للنتوءات الشبكية المتكونة على جانبي الصفيحة ؛ ومعالجة الصفيحة بجعل المدخل والمخرج متصلان بالفتحات الشبكية.

14. الطريقة وفقاً لعنصر الحماية 13 ، حيث تشتمل خطوة المعالجة الآلية على الخطوات الفرعية التالية: تثقيب جانبي اللوحة لتشكيل نتوءات شبكية ؛ وطحن جانبي اللوحة المحزوز.

15. صفيحة ثنائية القطب لخلية وقود ، تتألف من: صفيحة ذات سماكة ومساحة معينة ، حيث يتم تشكيل قنوات متعددة على الجانبين الجانبيين في المنتصف بالضغط على عدة قنوات ، تتكون من تقلبات صعود وهبوط متعددة بحيث يكون لها عرض وطول معينان ؛ وعضو مانع للتسرب متصل على التوالي بمحيط جانبي اللوحة وذلك لتشكيل قنوات داخلية مع قنوات اللوحة ، ومدخل ومخرج يتدفق من خلاله السائل داخل القنوات وخارجها.

16. الصفيحة ثنائية القطب وفقًا لعنصر الحماية 15 ، حيث تشتمل القنوات الداخلية على قناة مدخل عازلة لتوزيع السوائل عبر قنوات الصفيحة ؛ ممر عازل مخرج للسماح للسوائل بالتدفق عبر قنوات الصفيحة للتدفق إلى ممر المخرج ؛ وممر توصيل لتوصيل مدخل المخزن المؤقت ومخرج المخزن المؤقت.

17. طريقة لتصنيع صفيحة ثنائية القطب لخلية وقودية ، بما في ذلك قطع الصفيحة إلى حجم معين. الضغط على جانبي لوحة القطع لتشكيل قنوات متعددة يتدفق من خلالها السائل ؛ ودمج عضو الختم مع محيط اللوحة المضغوطة.

18. طريقة وفقًا لعنصر الحماية 17 ، حيث في خطوة الضغط ، يتم تشكيل الارتفاعات المكونة للقناة لتكون بنفس الارتفاع.

يتعلق الاختراع بمجال الهندسة الكهربائية ويمكن استخدامه في خلايا الوقود

تبنت الولايات المتحدة عدة مبادرات لتطوير خلايا وقود الهيدروجين والبنية التحتية والتقنيات لجعل مركبات خلايا الوقود عملية واقتصادية بحلول عام 2020. وقد تم تخصيص أكثر من مليار دولار لهذه الأغراض.

تولد خلايا الوقود الكهرباء بهدوء وكفاءة دون تلويث البيئة. على عكس مصادر الطاقة التي تستخدم الوقود الأحفوري ، فإن المنتجات الثانوية لخلايا الوقود هي الحرارة والماء. كيف تعمل؟

في هذه المقالة ، سنراجع بإيجاز كل تقنية من تقنيات الوقود الحالية ، بالإضافة إلى الحديث عن تصميم وتشغيل خلايا الوقود ، ومقارنتها بأشكال أخرى من إنتاج الطاقة. سنناقش أيضًا بعض العقبات التي يواجهها الباحثون لجعل خلايا الوقود عملية وبأسعار معقولة للمستهلكين.

خلايا الوقود أجهزة تحويل الطاقة الكهروكيميائية... تقوم خلية الوقود بتحويل المواد الكيميائية والهيدروجين والأكسجين إلى ماء ، في عملية توليد الكهرباء.

الجهاز الكهروكيميائي الآخر الذي نعرفه جميعًا هو البطارية. تحتوي البطارية على كل ما يلزم العناصر الكيميائيةداخل نفسها وتحويل هذه المواد إلى كهرباء. هذا يعني أن البطارية "تموت" في النهاية وأنك تتخلص منها أو تعيد شحنها.

في خلية الوقود ، تتدفق المواد الكيميائية إليها باستمرار حتى لا "تموت" أبدًا. سيتم توليد الكهرباء طالما كان هناك تدفق للمواد الكيميائية في العنصر. تستخدم معظم خلايا الوقود المستخدمة اليوم الهيدروجين والأكسجين.

الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في مجرتنا. ومع ذلك ، لا يوجد الهيدروجين عمليًا على الأرض في شكله الأولي. يجب على المهندسين والعلماء استخراج الهيدروجين النقي من مركبات الهيدروجين ، بما في ذلك الوقود الأحفوري أو الماء. لاستخراج الهيدروجين من هذه المركبات ، تحتاج إلى إنفاق الطاقة على شكل حرارة أو كهرباء.

اختراع خلايا الوقود

اخترع السير ويليام جروف أول خلية وقود في عام 1839. عرف غروف أن الماء يمكن فصله إلى هيدروجين وأكسجين عن طريق تمرير تيار كهربائي خلاله (وهي عملية تسمى التحليل الكهربائي). واقترح أنه يمكن الحصول على الكهرباء والمياه بالترتيب العكسي. لقد صنع خلية وقود بدائية وأطلق عليها اسم بطارية غاز جلفاني... من خلال تجربة اختراعه الجديد ، أثبت جروف فرضيته. بعد خمسين عامًا ، صاغ العالمان لودفيج موند وتشارلز لانجر المصطلح خلايا الوقودعند محاولة بناء نموذج عملي لتوليد الكهرباء.

سوف تتنافس خلية الوقود مع العديد من أجهزة تحويل الطاقة الأخرى ، بما في ذلك توربينات الغازفي محطات توليد الطاقة بالمدينة ، ومحركات الاحتراق الداخلي في السيارات ، وكذلك جميع أنواع البطاريات. تعمل محركات الاحتراق الداخلي ، مثل توربينات الغاز ، على حرق أنواع مختلفة من الوقود واستخدام الضغط الناتج عن تمدد الغازات لأداء الأعمال الميكانيكية. تحول البطاريات الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية عند الحاجة. يجب أن تؤدي خلايا الوقود هذه المهام بكفاءة أكبر.

توفر خلية الوقود جهدًا مباشرًا (تيار مستمر) يمكن استخدامه لتشغيل المحركات الكهربائية والإضاءة والأجهزة الكهربائية الأخرى.

هناك عدة أنواع مختلفة من خلايا الوقود ، كل منها يستخدم عملية كيميائية مختلفة. عادة ما يتم تصنيف خلايا الوقود وفقًا لها درجة حرارة التشغيلو اكتببالكهرباء،التي يستخدمونها. بعض أنواع خلايا الوقود مناسبة تمامًا للاستخدام في محطات الطاقة الثابتة. يمكن أن يكون البعض الآخر مفيدًا للأجهزة المحمولة الصغيرة أو لتشغيل السيارات. تشمل الأنواع الرئيسية لخلايا الوقود ما يلي:

خلية وقود غشاء تبادل البوليمر (PEMFC)

يعتبر PEMFC هو المرشح الأكثر احتمالا لتطبيقات النقل. يحتوي PEMFC على طاقة عالية ودرجة حرارة تشغيل منخفضة نسبيًا (تتراوح من 60 إلى 80 درجة مئوية). تعني درجة حرارة التشغيل المنخفضة أن خلايا الوقود يمكن أن تسخن بسرعة لبدء توليد الكهرباء.

خلية وقود الأكسيد الصلب (SOFC)

تعد خلايا الوقود هذه أكثر ملاءمة لمولدات الطاقة الثابتة الكبيرة التي يمكنها تشغيل مصنع أو مدينة. يعمل هذا النوع من خلايا الوقود في درجات حرارة عالية جدًا (700 إلى 1000 درجة مئوية). تعتبر درجة الحرارة المرتفعة مشكلة موثوقية لأن بعض خلايا الوقود يمكن أن تتعطل بعد عدة دورات من التشغيل والإيقاف. ومع ذلك ، فإن خلايا وقود الأكسيد الصلب مستقرة جدًا في التشغيل المستمر. في الواقع ، أثبتت مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية أطول عمر لأي خلية وقود في ظل ظروف معينة. تتميز درجة الحرارة المرتفعة أيضًا بميزة: يمكن توجيه البخار الناتج عن خلايا الوقود إلى التوربينات وتوليد المزيد من الكهرباء. هذه العملية تسمى التوليد المشترك للحرارة والكهرباءويحسن الكفاءة الكلية للنظام.

خلية الوقود القلوية (AFC)

إنه أحد أقدم تصميمات خلايا الوقود المستخدمة منذ الستينيات. تعتبر مركبات الكربون الهيدروجينية شديدة التأثر بالتلوث لأنها تتطلب الهيدروجين والأكسجين النقيين. بالإضافة إلى ذلك ، فهي باهظة الثمن ، لذلك من غير المرجح أن يتم وضع هذا النوع من خلايا الوقود في الإنتاج الضخم.

خلية وقود الكربونات المنصهرة (MCFC)

مثل SOFCs ، فإن خلايا الوقود هذه مناسبة أيضًا لمحطات الطاقة الكبيرة الثابتة والمولدات. تعمل عند 600 درجة مئوية ، حتى تتمكن من توليد البخار ، والذي بدوره يمكن استخدامه لتوليد المزيد من الطاقة. لديهم درجة حرارة تشغيل أقل من خلايا وقود الأكسيد الصلب ، مما يعني أنها لا تحتاج إلى مثل هذه المواد المقاومة للحرارة. هذا يجعلها أرخص قليلا.

خلية وقود حامض الفوسفوريك (PAFC)

خلية وقود حامض الفوسفوريكلديه القدرة على استخدامه في أنظمة الطاقة الثابتة الصغيرة. يعمل عند درجة حرارة أعلى من خلية وقود غشاء تبادل البوليمر ، لذلك يستغرق وقتًا أطول للتسخين ، مما يجعله غير مناسب للاستخدام في السيارات.

خلية وقود الميثانول المباشر (DMFC)

خلايا وقود الميثانول قابلة للمقارنة مع PEMFCs من حيث درجة حرارة التشغيل ، ولكن ليس بنفس الكفاءة. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب DMFCs الكثير من البلاتين للعمل كمحفز ، مما يجعل خلايا الوقود هذه باهظة الثمن.

خلية وقود مع غشاء تبادل بوليمر

تعد خلية وقود تبادل غشاء البوليمر (PEMFC) واحدة من أكثر تقنيات خلايا الوقود الواعدة. يستخدم PEMFC أحد أبسط ردود الفعل لأي خلية وقود. ضع في اعتبارك ما تتكون منه.

1. لكن العقدة - الطرف السالب لخلية الوقود. إنها توصل الإلكترونات ، التي يتم إطلاقها من جزيئات الهيدروجين ، وبعد ذلك يمكن استخدامها في الدائرة الخارجية. إنه يحتوي على قنوات يتم من خلالها توزيع غاز الهيدروجين بالتساوي على سطح المحفز.

2.ل أتود - يحتوي الطرف الموجب لخلية الوقود أيضًا على قنوات لتوزيع الأكسجين على سطح المحفز. كما أنها تنقل الإلكترونات من سلسلة المحفز الخارجية ، حيث يمكن أن تتحد مع أيونات الهيدروجين والأكسجين لتكوين الماء.

3.غشاء تبادل المنحل بالكهرباء والبروتون... إنها مادة تمت معالجتها بشكل خاص وتوصل فقط الأيونات الموجبة الشحنة وتحجب الإلكترونات. في PEMFCs ، يجب أن يكون الغشاء رطبًا حتى يعمل بشكل صحيح ويظل مستقرًا.

4. عامل حفاز- هذه مواد خاصةمما يعزز تفاعل الأكسجين والهيدروجين. عادة ما تكون مصنوعة من جزيئات البلاتين النانوية المطبقة بشكل رقيق جدًا على ورق الكربون أو القماش. يحتوي المحفز على بنية سطحية بحيث يمكن تعريض أقصى مساحة من البلاتين للهيدروجين أو الأكسجين.

يوضح الشكل غاز الهيدروجين (H2) مضغوطًا في خلية الوقود من جانب الأنود. عندما يتلامس جزيء H2 مع البلاتين على المحفز ، فإنه ينقسم إلى اثنين من أيونات H + وإلكترونين. تمر الإلكترونات عبر الأنود ، حيث يتم استخدامها في دائرة خارجية (تقوم بعمل مفيد ، مثل تدوير محرك) وتعود إلى جانب الكاثود لخلية الوقود.

في هذه الأثناء ، على جانب الكاثود لخلية الوقود ، يمر الأكسجين (O2) من الهواء عبر المحفز حيث يشكل ذرتين من الأكسجين. كل من هذه الذرات لها شحنة سالبة قوية. تجذب هذه الشحنة السالبة أيوني H + عبر الغشاء ، حيث تتحد مع ذرة أكسجين وإلكترونين قادمين من دائرة خارجية لتكوين جزيء ماء (H2O).

ينتج هذا التفاعل في خلية وقود واحدة حوالي 0.7 فولت فقط. لرفع الجهد إلى مستوى معقول ، يجب دمج العديد من خلايا الوقود الفردية لتشكيل مجموعة خلايا وقود. تُستخدم الألواح ثنائية القطب لربط خلية وقود بأخرى وتخضع لأكسدة إزالة الجهد. مشكلة كبيرة في الصفائح ثنائية القطب هي استقرارها. يمكن أن تتآكل الصفائح المعدنية ثنائية القطب وتقلل المنتجات الثانوية (أيونات الحديد والكروم) من كفاءة أغشية خلايا الوقود والأقطاب الكهربائية. لذلك ، تستخدم خلايا الوقود ذات درجة الحرارة المنخفضة معادن خفيفة ، وجرافيت ، ومركبات مركبة من الكربون والمواد المتصلبة بالحرارة (مادة التصلب الحراري هي نوع من البلاستيك يظل صلبًا حتى عند تعرضه لدرجات حرارة عالية) في شكل مادة صفائح ثنائية القطب.

كفاءة خلايا الوقود

يعد تقليل التلوث أحد الأهداف الرئيسية لخلية الوقود. من خلال مقارنة سيارة تعمل بخلية وقود بسيارة تعمل بمحرك بنزين وسيارة تعمل بالبطارية ، سترى كيف يمكن لخلايا الوقود تحسين كفاءة السيارات.

نظرًا لأن جميع أنواع السيارات الثلاثة تحتوي على العديد من المكونات نفسها ، فسوف نتجاهل هذا الجزء من السيارة ونقارن بين الكفاءات حتى النقطة التي يتم فيها إنتاج الطاقة الميكانيكية. لنبدأ بمركبة تعمل بخلايا الوقود.

إذا تم تشغيل خلية الوقود بواسطة الهيدروجين النقي ، يمكن أن تصل كفاءتها إلى 80 بالمائة. وبالتالي ، فإنه يحول 80 في المائة من محتوى الطاقة للهيدروجين إلى كهرباء. ومع ذلك ، لا يزال يتعين علينا تحويل الكهرباء إلى أعمال ميكانيكية. يتم تحقيق ذلك من خلال محرك كهربائي وعاكس. كفاءة المحرك+ العاكس هو أيضا ما يقرب من 80 في المئة. هذا يعطي كفاءة إجمالية تقارب 80 * 80/100 = 64 بالمائة. يقال إن سيارة هوندا النموذجية FCX لديها كفاءة طاقة بنسبة 60 بالمائة.

إذا لم يكن مصدر الوقود هيدروجينًا نقيًا ، إذن مركبةسيحتاج أيضا إلى مصلح. يقوم المصلحون بتحويل الهيدروكربون أو الوقود الكحولي إلى هيدروجين. إنها تولد الحرارة وتنتج ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى الهيدروجين. يستخدمون أجهزة مختلفة لتنقية الهيدروجين المنتج ، لكن هذا التنقية غير كافٍ ويقلل من كفاءة خلية الوقود. لذلك ، قرر الباحثون التركيز على خلايا الوقود للمركبات التي تعمل بالهيدروجين النقي ، على الرغم من المشاكل المرتبطة بإنتاج وتخزين الهيدروجين.

كفاءة محرك بنزين وسيارة على البطاريات الكهربائية

إن كفاءة السيارة التي تعمل بالبنزين منخفضة بشكل مدهش. كل الحرارة التي تخرج من العادم أو يمتصها المبرد هي طاقة مهدرة. يستخدم المحرك أيضًا الكثير من الطاقة لتشغيل مختلف المضخات والمراوح والمولدات التي تحافظ على تشغيله. وبالتالي ، تبلغ الكفاءة الإجمالية لمحرك بنزين السيارات حوالي 20 بالمائة. وبالتالي ، يتم تحويل حوالي 20 بالمائة فقط من محتوى الطاقة الحرارية للبنزين إلى أعمال ميكانيكية.

تتمتع السيارة الكهربائية التي تعمل بالبطارية بكفاءة عالية إلى حد ما. تبلغ كفاءة البطارية حوالي 90 بالمائة (تولد معظم البطاريات بعض الحرارة أو تحتاج إلى تسخين) ، ومحرك كهربائي + محول بكفاءة تبلغ حوالي 80 بالمائة. هذا يعطي كفاءة إجمالية تقارب 72 بالمائة.

لكن هذا ليس كل شيء. لكي تتحرك السيارة الكهربائية ، يجب أولاً توليد الكهرباء في مكان ما. إذا كانت محطة طاقة تستخدم احتراق الوقود الأحفوري (بدلاً من الطاقة النووية أو الكهرومائية أو الشمسية أو طاقة الرياح) ، فعندئذٍ تم تحويل حوالي 40 بالمائة فقط من وقود المحطة إلى كهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب شحن السيارة تحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر. تبلغ كفاءة هذه العملية حوالي 90 بالمائة.

الآن ، إذا نظرنا إلى الدورة بأكملها ، فإن كفاءة السيارة الكهربائية هي 72 بالمائة للسيارة نفسها ، و 40 بالمائة لمحطة الطاقة و 90 بالمائة لشحن السيارة. هذا يعطي كفاءة إجمالية تبلغ 26 بالمائة. تختلف الكفاءة الإجمالية بشكل كبير اعتمادًا على محطة الطاقة المستخدمة لشحن البطارية. إذا تم توليد الكهرباء للسيارة ، على سبيل المثال ، عن طريق محطة الطاقة الكهرومائية ، فإن كفاءة السيارة الكهربائية ستكون حوالي 65 بالمائة.

يبحث العلماء عن التصميمات وتحسينها لمواصلة تحسين كفاءة خلية الوقود. يتمثل أحد الأساليب الجديدة في دمج خلايا الوقود والمركبات التي تعمل بالبطارية. يجري تطوير مركبة مفهوم مدعومة بمحرك هجين يعمل بخلايا الوقود. يستخدم بطارية ليثيوم لتشغيل السيارة بينما تقوم خلية الوقود بإعادة شحن البطارية.

من المحتمل أن تكون المركبات التي تعمل بخلايا الوقود فعالة مثل السيارة التي تعمل بالبطارية والتي يتم شحنها من محطة طاقة لا تستخدم الوقود الأحفوري. لكن تحقيق هذه الإمكانات أمر عملي و بطريقة يسهل الوصول إليهايمكن أن يكون صعبا.

لماذا نستخدم خلايا الوقود؟

السبب الرئيسي هو كل ما يتعلق بالنفط. يجب على أمريكا استيراد ما يقرب من 60 في المائة من نفطها. بحلول عام 2025 ، من المتوقع أن تنمو الواردات إلى 68٪. يستخدم الأمريكيون ثلثي نفطهم كل يوم للنقل. حتى لو كانت كل سيارة في الشارع سيارة هجينة ، بحلول عام 2025 ، لا يزال يتعين على الولايات المتحدة استخدام نفس كمية الزيت التي استهلكها الأمريكيون في عام 2000. في الواقع ، تستهلك أمريكا ربع نفط العالم ، على الرغم من أن 4.6٪ فقط من سكان العالم يعيشون هنا.

يتوقع الخبراء أن تستمر أسعار النفط في الارتفاع خلال العقود القليلة القادمة مع نفاد المصادر الأرخص ثمناً. يجب أن تتطور شركات النفط حقول النفطفي ظروف متزايدة الصعوبة ، مما سيزيد من أسعار النفط.

تمتد المخاوف إلى ما هو أبعد من الأمن الاقتصادي. يتم إنفاق الكثير من الأموال المتلقاة من بيع النفط على الحفاظ على الإرهاب الدولي ، والأحزاب السياسية المتطرفة ، والوضع غير المستقر في المناطق المنتجة للنفط.

ينتج عن استخدام النفط وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى للطاقة التلوث. من الأنسب للجميع إيجاد بديل - حرق الوقود الأحفوري للحصول على الطاقة.

خلايا الوقود هي بديل جذاب للاعتماد على الزيت. بدلاً من التلوث ، تنتج خلايا الوقود المياه النظيفة كمنتج ثانوي. على الرغم من أن المهندسين ركزوا مؤقتًا على إنتاج الهيدروجين من مصادر أحفورية مختلفة مثل البنزين أو غاز طبيعي، متجددة ، صديقة للبيئة طرق نظيفةالحصول على الهيدروجين في المستقبل. ستكون العملية الواعدة ، بطبيعة الحال ، هي عملية إنتاج الهيدروجين من الماء.

الاعتماد على النفط والاحتباس الحراري مشكلة دولية. تشارك العديد من البلدان في تطوير البحث والتطوير لتكنولوجيا خلايا الوقود.

من الواضح أن العلماء والمصنعين يجب أن يعملوا بجد قبل أن تصبح خلايا الوقود بديلاً. الأساليب الحديثةإنتاج الطاقة. ومع ذلك ، مع الدعم العالمي والتعاون العالمي ، يمكن أن يصبح نظام طاقة خلايا الوقود القابل للحياة حقيقة واقعة في غضون عقدين فقط.