التطورات في علوم مواد خلايا الوقود

دور تقنية النانو في تحسين مواد خلايا الوقود

تشهد مواد خلايا الوقود تحسينات كبيرة بفضل تقنيات الهندسة على النانو. عندما يعمل العلماء مع هياكل على المستوى الذري، تمكنوا من رفع التوصيل الأيوني في الأغشية بنسبة حوالي 15٪، وفي الوقت نفسه جعلت طبقات الحفاز أرق بنسبة 40٪ تقريبًا عما كان ممكنًا من قبل. أظهرت أبحاث حديثة من معهد فراونهوفر IPT عام 2024 أمرًا مثيرًا أيضًا: إضافة أكسيد الجرافين إلى الصفائح ثنائية القطب يقلل من مقاومة الواجهة بنحو 27٪. وهذا مهم لأنه يساعد في توزيع الحرارة عبر النظام، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على تشغيل خلايا الوقود بكفاءة على المدى الطويل.

الابتكارات في أغشية تبادل البروتون (PEMs)

تُواكِب أحدث أغشية الهيدروكربون الأداء المقدَّم من خيارات البوليمرات الفلورية القديمة، لكنها تقدِّم أيضًا ميزات إضافية. فهذه المواد الجديدة تُظهِر استقرارًا كيميائيًا أفضل بثلاثة أضعاف تقريبًا، مع تكلفة أقل بنسبة 30 بالمئة تقريبًا مقارنةً بالأنواع السابقة. وقد جعلت الأبحاث الحديثة حول البوليمرات المسننة المسلفنة أغشية تبادل البروتون (PEMs) أكثر متانة بكثير. فهي قادرة على تحمل درجات حرارة تصل إلى 120 درجة مئوية دون أن تجف أو تتحلل. ووفقًا لأبحاث نُشرت في ScienceDirect عام 2021، فإن هذه التحسينات قلّصت تدهور المواد بنسبة تقارب 60 بالمئة خلال العمليات الصناعية القاسية. وهذا يعني مكونات ذات عمر أطول ومتغيرات تشغيل أكثر مرونة لمديري المصانع الذين يتعاملون يوميًا مع ظروف صعبة.

تطوير الكهارل المتقدمة لخلايا الوقود الصلبة (SOFCs)

تُحقِّق المواد المركبة النانوية الخزفية ذات المسارات الهندسية لأيونات الأكسجين توصيلية أيونية تبلغ 1.2 سيمينز/سم عند 650°م— وهي أعلى بنسبة 45% من مادة الزركونيا المستقرة بأكسيد السترونشيوم (YSZ) التقليدية. وتشتمل هذه المواد على طبقات حدودية واقية تقلل من تسمم الكروم بمقدار 80%، مما يطيل عمر وحدات خلايا الوقود الصلبة (SOFC) لما يتجاوز 50,000 ساعة. ويتيح هذا التقدم تشغيلًا أكثر كفاءة ومتانة في درجات الحرارة العالية.

المحفزات الرقيقة النانوية البنيوية التي تحل محل المواد التقليدية

يمكن للمحفزات المصنوعة من خلال الترسيب الذري الطبقي أن تستفيد من معادن مجموعة البلاتين بمعدلات تزيد عن 90%، وهي نسبة أفضل بكثير من النسبة التقريبية البالغة 30% التي نراها في المحفزات التقليدية القائمة على المساحيق. أما بالنسبة للمواد الفعلية، فإن أفلام النيكل-الحديد النتريد الرقيقة تُظهر أيضًا نتائج واعدة. فهي تؤدي أداءً يشبه البلاتين الغالي من حيث تفاعلات اختزال الأكسجين، ومع ذلك لا تتجاوز تكاليف إنتاجها حوالي 2% من تكلفة البلاتين. والأكثر إثارة للإعجاب هو استقرارها الذي يستمر لأكثر من 1000 ساعة في البيئات الحمضية. وبدراسة هذه التطورات، يبدو أن هناك زخمًا حقيقيًا يتشكل نحو تطوير أنظمة محفزة توفر أداءً استثنائيًا مع خفض التكاليف بشكل كبير مقارنة بما كان ممكنًا من قبل.

التحديات المرتبطة بالمواد في خلايا الوقود: مقايضات بين المتانة والتوصيلية

لا يزال إيجاد التوازن المثالي بين التوصيل الكهربائي الجيد والمتانة الميكانيكية المستدامة أحد أبرز التحديات في هذا المجال. فعلى سبيل المثال، يمكن للمكاثفات البيروفسكايتية المطعّمة أن تصل إلى كثافات طاقة تبلغ حوالي 2.5 واط لكل سنتيمتر مربع عند تشغيلها عند درجة حرارة تقارب 750 درجة مئوية، ولكن هناك عيبًا يتمثل في أنها تميل إلى التدهور بسرعة أكبر بنسبة 20 بالمئة تقريبًا مقارنةً بالمواد الأقل توصيلًا. من ناحية أخرى، فقد أجرت دراسة نُشرت العام الماضي تحليلاً حول ما يحدث مع الأقطاب ذات المسامية المتدرجة. وأشارت النتائج إلى أنه عندما يصمم المهندسون مسامات الأقطاب باستخدام نماذج حاسوبية، تمكنوا من تقليل الضرر الناتج عن الإجهاد الحراري بنحو النصف تقريبًا. ويبدو أن هذا النوع من النهج قد يساعد حقًا في تعزيز عمر هذه المكونات قبل فشلها.

الاختراقات في المحفزات غير البلاتينية للخلايا الوقودية منخفضة التكلفة

لماذا تعد المحفزات غير البلاتينية ضرورية لخفض التكلفة في أنظمة الخلايا الوقودية

تُشكل تكلفة البلاتين حوالي 40٪ من تكلفة بناء وحدة خلية الوقود وفقًا لأبحاث مختبر أرجون الوطني لعام 2023، وهذه التكلفة العالية تمثل عائقًا حقيقيًا أمام القبول الأوسع بالتكنولوجيا. قد يؤدي الانتقال إلى معادن أكثر شيوعًا مثل الحديد أو الكوبالت إلى خفض تكاليف الحفاز بنسبة تتراوح بين 60 و75 بالمئة دون التضحية كثيرًا في إنتاج الطاقة الفعلي. كما تُظهر دراسات حديثة نُشرت في مجلات علوم المواد أمرًا مثيرًا للاهتمام: إن البدائل الحالية غير المصنوعة من المعادن النبيلة أصبحت قريبة جدًا من البلاتين من حيث كفاءة تفاعل اختزال الأكسجين. نحن نتحدث عن نسبة حوالي 85٪ مقارنة بـ 63٪ فقط في عام 2018. هذا النوع من التقدم يتماشى مع ما تطمح إليه وزارة الطاقة الأمريكية أن يحدث إذا كانت تأمل في خفض أسعار الأنظمة الكلية إلى أقل من 80 دولارًا لكل كيلوواط بحلول نهاية العقد القادم.

أحدث التطورات في الحفازات القائمة على المعادن الانتقالية

يمكن للمحفزات الحديثة المصنوعة من الحديد والنيتروجين والكربون (Fe-N-C) باستخدام طرق التحلل الحراري أن تتنافس فعليًا مع البلاتين من حيث أداء تفاعل اختزال الأكسجين (ORR) في الاختبارات المعملية. وجد الباحثون أن إضافة الكوبالت إلى ألياف الكربون النانوية يُنتج هياكل ثلاثية الأبعاد تزيد من سرعة التفاعل بنسبة حوالي 42٪ مقارنة بالإصدارات السابقة وفقًا لفريق دنغ في عام 2023. وهذا أمر مهم جدًا لأن إحدى المشكلات الرئيسية للمعادن الانتقالية كانت دائمًا مدى السرعة التي تتدهور بها عند الاستخدام المتكرر. ما يميز هذه المواد الجديدة هو قدرتها على الحفاظ على الثبات حتى تحت ظروف متغيرة، وهو أمر بالغ الأهمية في التطبيقات الفعلية حيث تتعرض المعدات لإجهاد مستمر وتقلبات في درجة الحرارة.

مقارنة الأداء: المحفزات البلاتينية مقابل المحفزات الرقيقة ذات البنية النانوية

بينما تقلل البنية النانوية من فجوة الأداء، تظل المتانة العقبة الرئيسية أمام النشر الواسع النطاق.

تحديات قابلية التوسيع للمحفزات غير الثمينة في خلايا الوقود التجارية

يتطلب تصنيع المحفزات المتقدمة غير الثمينة ظروف تحلل حراري دقيقة (900–1100°م)، مما يعقّد الإنتاج الجماعي. وجد تقرير وزارة الطاقة الأمريكية لعام 2024 أن خلايا الوقود الأولية القائمة على المعادن الانتقالية تفقد 37% من كفاءتها الأولية بعد 5000 ساعة، مقارنةً بانخفاض 15% فقط في الأنظمة القائمة على البلاتين. ويلزم سد هذه الفجوة تقدماً متوازياً في تقنيات التخليق القابلة للتوسيع وأساليب دمج الأقطاب الكهربائية القوية.

تطور التصميم في خلايا وقود الغشاء المقايض للبروتونات وأكسيد الصوان الخلايا الصلبة

اتجاهات خلايا الوقود منخفضة الحرارة (PEMFC) في تطبيقات النقل

خلايا وقود غشائية تبادل البروتون، أو ما يُعرف اختصارًا بـ PEMFCs، تعمل بشكل جيد حتى في درجات الحرارة التي تنخفض عن 80 درجة مئوية. ولهذا السبب أبدى مصنعو السيارات اهتمامًا كبيرًا باستخدامها في المركبات مؤخرًا. ويتركز الاهتمام حاليًا على كيفية تعامل هذه الخلايا مع التشغيل في الأجواء الباردة، وما يحدث بعد دورات متكررة من التجمد والذوبان. وأشارت بعض الأبحاث الصادرة العام الماضي إلى أن تحسينات في تصميم تجميعة الغشاء والقطب الكهربائي يمكن أن ترفع الكفاءة بنسبة تقارب 40٪ في الظروف شديدة البرودة. وفي الوقت نفسه، يدمج العديد من النماذج الأولية الآن تقنية خلايا الوقود PEMFC مع حزم بطاريات ليثيوم-أيون التقليدية. ويتيح هذا المزيج للسيارات التجريبية العاملة بالهيدروجين الوصول إلى مسافات تبلغ حوالي 450 ميلًا بين عمليات إعادة التزود بالوقود، مما يساهم بشكل كبير في معالجة واحدة من أكبر المخاوف التي يواجهها المشترون المحتملون فيما يتعلق بالمركبات الكهربائية بشكل عام.

أغشية أرق وأكثر متانة تمكن من كثافة طاقة أعلى

تُعد أغشية السلفونات البولي (إيثر إيثر كيتون)، أو أغشية SPEEK، حديثة الصناعة حاليًا. توفر هذه المواد توصيلية للبروتونات أفضل بنسبة 30 بالمئة تقريبًا، مع سماكة لا تتجاوز نصف ما كان متاحًا في عام 2020 وفقًا لبحث من ScienceDirect نُشر العام الماضي. ما يثير الإعجاب حقًا هو مدى استقرارها خلال آلاف الساعات في التطبيقات المرتبطة بالسيارات، حيث تتحمل أكثر من 8000 دورة تحميل دون أن تتدهور. بالإضافة إلى ذلك، تقلل هذه الأغشية من مشكلة انتقال الهيدروجين العابر بنسبة حوالي 22%، ما يعني حدوث مشاكل أقل أثناء التشغيل. تبدو الإصدارات الأحدث المدعمة بأكسيد الجرافين أكثر إثارة للتفاؤل، وقد تصل كثافتها القدرة إلى 4.2 واط لكل سنتيمتر مربع. وهذا سيكون قفزة كبيرة مقارنة بالأغشية التقليدية، بتحسين يصل إلى نحو 65% في المؤشرات الأداء التي تهم المصانع عند السعي لتحقيق كفاءة أعلى.

تحسين إدارة المياه وطبقات انتشار الغاز في تصميم خلايا الوقود PEMFC

تحتوي أحدث الصفائح الثنائية القطب الآن على قنوات ميكروفلويدية مطبوعة ثلاثية الأبعاد تقلل من مشاكل تجمع الماء بنحو النصف وتساعد في توزيع الأكسجين بشكل متساوٍ على السطح. وجد الباحثون أنه عند استخدام حقول تدفق شبيهة بالأنظمة البيولوجية ذات البنية الكسورية، ارتفع إنتاج الجهد بنسبة حوالي 15 بالمئة عند 2 أمبير لكل سنتيمتر مربع وفقًا لدراسة نُشرت العام الماضي. كما تتميز طبقات الانتشار الغازية المصنوعة من ألياف أنابيب الكربون النانوية بخصائص ممتازة - فهي تمتلك ما يقارب 90% من المساحة المفتوحة لحركة الغاز، وتوصل الكهرباء بمقدار 0.5 سيمنز لكل سنتيمتر في المستوى المستوي. هذه الخصائص تحقق توازنًا جيدًا بين نقل الإلكترونات بكفاءة والسماح بنقل الغاز المناسب داخل النظام.

الابتكارات في مواد الإلكتروليتات والأنودات الخزفية لخلايا الوقود ذات الأكسيد الصلب

غالبًا ما تجمع خلايا الوقود الصلبة المؤكسدة الحديثة اليوم بين إلكتروليتات السيريا المطعمة بالإيتريوم وبين أقطاب الكاثود LSCF التي ذكرناها سابقًا، مما يسمح لها بالعمل بثبات عند حوالي 650 درجة مئوية. وهذا في الواقع أمر مثير للإعجاب نسبيًا، حيث كانت النماذج الأقدم في عام 2019 تحتاج إلى درجات حرارة أعلى بنحو 200 درجة للعمل بشكل صحيح. ومن ناحية الأنود، طوّر الباحثون مواد مركبة من Ni-YSZ ذات مسام صغيرة جدًا بحجم 50 نانومترًا، والتي توفر أيضًا إنتاجًا جيدًا نسبيًا للطاقة. وفقًا لموقع ScienceDirect في العام الماضي، تمكنوا من تحقيق 1.2 واط لكل سنتيمتر مربع عند جهد 0.7 فولت فقط أثناء التشغيل باستخدام وقود الميثان. إنها نتائج جيدة جدًا بالنظر إلى أن معظم الناس ما زالوا يعتقدون أن الهيدروكربونات ليست مناسبة جدًا لخلايا الوقود.

خفض درجات حرارة تشغيل خلايا الوقود الصلبة المؤكسدة من خلال تقنيات النانو الأيونية

يقلل تطبيق طلاءات الموصل النانوي الأيوني على أقطاب خلايا الوقود الصلبة (SOFC) من مقاومة الواجهة بنسبة تقارب 60 بالمئة. وهذا يسمح لهذه الأنظمة بالعمل بكفاءة عند درجة حرارة منخفضة تبلغ 550 درجة مئوية فقط، مع تحقيق معدلات استخدام وقود ممتازة تصل إلى نحو 95%. وجد الباحثون أن أفلام الزركونيا المستقرة بالسكانديوم (ScSZ) الرقيقة، التي تم إنشاؤها باستخدام تقنيات الترسيب الذري الطبقي، يمكن أن تحقق توصيلية أيونية تبلغ 0.1 سيمنز/سم عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 500°م. وهذا يعادل ما توفره YSZ عند درجات حرارة أعلى بكثير تقارب 800°م وفقًا للدراسات الحديثة الصادرة عن MDPI في عام 2023. تعني مثل هذه التطورات عمليات بدء تشغيل أسرع وقدرة أفضل على التعامل مع التغيرات الحرارية بمرور الوقت. بالنسبة للصناعات التي تعتمد وحدات الطاقة المساعدة في الطائرات والمركبات الثقيلة، تمثل هذه التحسينات تقدمًا كبيرًا نحو حلول طاقية أكثر كفاءة.

دمج نظام خلايا الوقود والتطبيقات الواقعية

تحقيق التوازن بين التجانس الحراري والكهربائي في تراص خلايا الوقود

عندما تتجاوز اختلافات درجات الحرارة بين طبقات الخلايا 15 درجة مئوية، تنخفض الكفاءة بنسبة تتراوح بين 12 و18 في المئة وفقًا لبحث نُشر على ScienceDirect العام الماضي. ولهذا السبب يظل الحفاظ على درجات حرارة متسقة في جميع أنحاء النظام أمرًا بالغ الأهمية. وقد بدأت الحلول الحديثة للتبريد في الجمع بين صفائح الميكروكانال (Microchannel) مع برامج ذكية للتنبؤ الحراري، مما أدى إلى استقرار الجهد عند حوالي 92% حتى عند التعامل مع خلايا تتضمن أكثر من 100 خلية فردية. هذه التحسينات تفتح المجال أمام توسيع نطاق تقنية خلايا الوقود لتتجاوز التطبيقات الصغيرة. ونرى إمكانات حقيقية في مجالات مثل السفن الكبيرة التي تحتاج إلى طاقة مستمرة، والمعدات الصناعية الثقيلة التي تتطلب مصادر طاقة موثوقة دون انقطاع.

أنظمة هجينة من خلايا الوقود الصلبة-توربينية لتوليد الطاقة الثابتة بكفاءة

عندما تُزاوج خلايا الوقود ذات الأكسيد الصلب مع التوربينات الغازية، فإنها في الواقع ترفع الكفاءة الكهربائية إلى حوالي 68-72 بالمئة. وهذا يمثل تحسنًا بحوالي 30٪ مقارنة بما نراه من التوربينات التقليدية التي تعمل بمفردها. السر هنا يكمن في استغلال كل الحرارة المتبقية من عادم التوربين وإعادة توجيهها إلى قطب الكاثود في خلية الوقود ذات الأكسيد الصلب (SOFC)، مما يساعد هذه الأنظمة الهجينة على استخلاص أقصى قدر ممكن من الطاقة القابلة للاستخدام. وقد أظهرت الاختبارات الميدانية أيضًا شيئًا مثيرًا للإعجاب: أنظمة التدفئة والطاقة المجمعة تقلل من انبعاثات الكربون بشكل كبير. فبالنسبة لكل ميغاواط يتم إنتاجه، تخفض هذه التشكيلات (CHP) الانبعاثات السنوية بنحو 8.2 طن متري مقارنةً بالمحركات التقليدية. وبالنظر إلى الأهمية البالغة التي اكتسبها تقليل الغازات الدفيئة في شبكات الطاقة الحديثة، بدأت هذه التقنيات الهجينة تبدو وكأنها تغيير جذري حقيقي في الجهود المبذولة لجعل شبكات الكهرباء أكثر نظافة وكفاءة.

تطبيقات خلايا الوقود في النقل وتقليل الانبعاثات الصناعية

لم تعد خلايا الوقود تظهر فقط في السيارات. وفقًا لموقع ScienceDirect من العام الماضي، فإن حوالي 45 بالمئة من الرافعات الشوكية الجديدة المصنعة وحوالي خمس القطارات الإقليمية قد تحولت إلى التشغيل بالهيدروجين بدلًا من الوقود التقليدي. لكن التغيير الجذري الحقيقي يحدث في القطاعات الصعبة التي يُعد فيها تقليل الكربون أمرًا صعبًا للغاية. فقد بدأت مصانع الأسمنت ومصاهر الصلب حول العالم باختبار تركيبات ضخمة لخلايا الوقود كبديل لأنظمتها القديمة العاملة بالفحم. وتُظهر بعض النتائج الأولية أن هذه الأنظمة الجديدة يمكنها تقليل الانبعاثات أثناء الإنتاج بنسبة تقارب تسعة أعشار. ما يجعل هذا الأمر مثيرًا بشكل خاص هو قدرة أنظمة خلايا الوقود هذه على الاستمرار في العمل بموثوقية حتى في الظروف القاسية، وهو ما تحتاجه المصانع بالضبط عند محاولة تقليل تأثيرها البيئي دون المساس بالإنتاجية.

النظرة المستقبلية: جسر بين الابتكار واعتماد السوق

اتجاهات البحث والتطوير العالمية في مواد خلايا الوقود واكتشافها المدعوم بالذكاء الاصطناعي

يُنفق العالم أكثر من 7.2 مليار دولار سنويًا على أبحاث تقنية خلايا الوقود وفقًا لتقرير اتجاهات الطاقة النظيفة 2024. ولكن ما يثير الاهتمام حقًا هو كيف أن تعلم الآلة يُحدث تغييرات سريعة. تُظهر بعض الدراسات أنه يسرّع اكتشاف المواد بثلاث إلى أربع مرات عما كان عليه الحال سابقًا. وهذا يعني أن العلماء يمكنهم العثور على المحفزات المستقرة والمحاليل الكهربائية القوية بشكل أسرع بكثير مما كان عليه الوضع من قبل. كما أن النماذج الحاسوبية قد أسهمت بشكل كبير، حيث قلصت الوقت الذي كان يستغرق سنوات ليصبح عملًا يمكن إنجازه في غضون أشهر. خذ خلايا وقود الأكسيد الصلب كمثال. بمساعدة الذكاء الاصطناعي، وصلت هذه الأنظمة الآن إلى كفاءة تبلغ حوالي 92٪ عند التشغيل عند درجة حرارة 650 مئوية، وهي درجة حرارة أقل بـ 150 درجة عما كان شائعًا من قبل. هذا النوع من التحسن مهم جدًا للتطبيقات العملية.

العوائق الرئيسية: التكلفة، المتانة، وفجوات البنية التحتية للهيدروجين

تتسارع وتيرة الابتكار، لكن تظل عملية إدخال هذه التقنيات إلى السوق أمرًا صعبًا. ما المشكلة في المحفزات الخالية من البلاتين؟ إنها عادةً ما تتآكل أسرع بنحو 40 بالمئة مقارنة بتلك المصنوعة من المعادن النبيلة عند استخدامها في خلايا وقود غشائية تبادل البروتون الفعلية. ثم هناك مشكلة تصنيع الهيدروجين وتخزينه بكفاءة، والتي تضيف حاليًا ما بين 18 و22 بالمئة إلى التكلفة الإجمالية للجميع. أما البنية التحتية فما زالت متأخرة أكثر. من بين جميع محطات إعادة تزويد الهيدروجين التي تم التخطيط لها، لا تتجاوز نسبة المحطات التي تستوفي بالفعل متطلبات ضغط 700 بار الضرورية للشاحنات وغيرها من المركبات الثقيلة حوالي سبعة بالمئة. ولا ننسَ أيضًا الجانب التنظيمي. حاليًا، لم تتمكن سوى أربع عشرة دولة حول العالم من وضع معايير موحدة لاعتماد خلايا الوقود، مما يترك معظم الأسواق منقسمة ومربكة بالنسبة للمصنّعين الذين يحاولون الالتزام بمتطلبات مختلفة من دولة إلى أخرى.

من المختبر إلى السوق: تطوير ابتكارات خلايا الوقود للاستخدام التجاري

إن سد الفجوة بين المشاريع التجريبية والإنتاج الكامل يعود في النهاية إلى إيجاد طرق للتصنيع على نطاق واسع. تلقى تقنية الترسيب الذري الطبقي، أو ما تُعرف اختصارًا بـ ALD في هذا المجال، اهتمامًا كبيرًا هذه الأيام لتصنيع تلك المحفزات النانوية الصغيرة المطلوبة لمختلف التطبيقات. لقد خفضت تقنية معالجة الأغشية ذات التمرير المستمر (Roll-to-Roll)، التي تم تطويرها في الأصل للألواح الشمسية، التكاليف بنسبة تقارب 33 بالمئة عند تطبيقها في تصنيع خلايا الوقود. وقد ساهمت المعامل الوطنية بالعمل جنبًا إلى جنب مع شركات صناعة السيارات في تسريع الأمور بشكل ملحوظ. تعني جهودها المشتركة أننا نشهد الآن تصاميم جديدة لأغشية تبادل البروتون في خلايا الوقود تدوم حوالي 25,000 ساعة قبل الحاجة إلى استبدالها. وهذا يمثل تحسنًا كبيرًا مقارنة بالإصدارات السابقة عام 2020 التي كانت تدوم حوالي 14,900 ساعة فقط. ومع هذا التقدم السريع، يبدو أن إدخال هذه التقنيات المتقدمة إلى السوق لم يعد مجرد إمكانية فحسب، بل أصبح أمرًا واقعيًا بشكل متزايد.

الأسئلة الشائعة

ما هي مزايا استخدام تقنية النانو في خلايا الوقود؟

تحسّن تقنية النانو مواد خلايا الوقود من خلال تحسين التوصيل الأيوني، وتقليل مقاومة الوصلات البينية، وتسمح بإنشاء طبقات حفازة أرق، مما يؤدي إلى توزيع أكثر كفاءة للحرارة والأداء الكلي.

كيف تقلل المحفزات غير البلاتينية تكاليف خلايا الوقود؟

تقلل المحفزات غير البلاتينية، مثل تلك المستندة إلى الحديد أو الكوبالت، تكاليف خلايا الوقود بشكل كبير من خلال خفض نفقات المحفزات بنسبة تصل إلى 75%، مع الحفاظ على أداء مماثل في تفاعلات اختزال الأكسجين.

ما هي التحديات الرئيسية في توسيع نطاق تقنية خلايا الوقود؟

تشمل التحديات الرئيسية تكلفة ومتانة المواد، ونقص البنية التحتية الفعالة للهيدروجين، والحاجة إلى معايير عالمية متسقة وعمليات تصنيع قابلة للتوسيع لتطبيقات خلايا الوقود التجارية.

كيف تحسن أنظمة خلايا الوقود الصلبة الهجينة المزودة بالتوربينات الكفاءة؟

تحسّن أنظمة خلايا الوقود الصلبة الهجينة المزودة بالتوربينات الكفاءة من خلال استخدام الحرارة المتبقية من عادم التوربينة لتعزيز الأداء الكهربائي، حيث تصل الكفاءة إلى 72٪، وهي نسبة أعلى بكثير مقارنة بالتوربينات التقليدية وحدها.

ما الدور الذي تلعبه الذكاء الاصطناعي في أبحاث خلايا الوقود؟

يُسرّع الذكاء الاصطناعي اكتشاف المواد وتطويرها، ويقلل من الوقت اللازم لتحديد العوامل المساعدة والمحاليل الإلكتروليتية المستقرة، مما يحسن في النهاية الكفاءة والأداء في تطبيقات خلايا الوقود العملية.