خلية الوقود. خلية أو خلية وقود

خلايا الوقود هي أجهزة تعمل بشكل مشابه للبطاريات ، مع اختلاف البطاريات لديها كواشف مخزنة بالداخل ، وتخضع لتفاعلات الأكسدة وتحول الطاقة الكيميائية إلى كهربائي؛ بينما لا تحتوي خلايا الوقود على طاقة كيميائية مخزنة ، ولكن يتم حقن المواد المتفاعلة باستمرار.

هناك عدة أنواع من خلايا الوقود ، ولكن جميعها لها نفس مبدأ التشغيل وتستخدم الوقود الغازي. وهكذا ، تقوم خلايا الوقود بتحويل الطاقة المنبعثة في تفاعلات الاحتراق إلى طاقة كهربائية.

يوجد أدناه رسم تخطيطي لواحدة من أكثر خلايا الوقود شيوعًا ، والتي تسمى AFC. خلية الوقود القلوية، والتي تعني "خلية الوقود القلوية"):

مخطط تشغيل خلية وقود الهيدروجين / الأكسجين

هذا مخطط لخلية وقود ، ولكن إذا قمنا بدمج عدة خلايا في سلسلة ، فستكون النتيجة أ خلية الوقودبقوة أكبر.

لاحظ أن غاز الهيدروجين (H₂) ، وهو الوقود ، في الهيكل المسامي للأنود (القطب السالب) ، والذي يتكون في هذه الحالة من النيكل. بعد عبوره ، يمر الهيدروجين إلى المنحل بالكهرباء (محلول مائي من هيدروكسيد البوتاسيوم ، KOH_(هنا)) ، حيث يذوب ويتفاعل ، مكونًا الكاتيون H.⁺ وإطلاق الإلكترونات. وبالتالي ، يمكن تمثيل نصف تفاعل الأنود بـ:

الأنود: ح 1_{2 (ز)} + 2 أوه^-_(هنا) → 2 ح₂ا_(ℓ) + 2 هـ^-

يتم توصيل هذه الإلكترونات بالكاثود من خلال الدائرة الخارجية. الكاثود عبارة عن قطب من النيكل مطلي بأكسيد النيكل المائي (Ni (OH)_(س)) الذي يحفز تقليل الأكسجين (عادة من ضخ الهواء) ، والذي يحدث عندما يتلقى الإلكترونات. وبالتالي ، فإن شبه التفاعل الذي يحدث عند الكاثود هو:

الكاثود: ½ O_{2 (ز)} + 1 ساعة₂ا_(ℓ) + 2 هـ^- → 2 يا^-_(هنا)

يتم إعطاء رد الفعل العام من خلال:

ساعاتين_{2 (ز)} + س_{2 (ز)} → ساعاتين₂ا_(ℓ)

ترى أنه بالإضافة إلى الكهرباء المنتجة ، هذه الخلية تولد الماء، وهو ما يتوافق مع إحدى مزاياها الرئيسية. لهذا السبب يتم استخدامه كثيرًا في المركبات الفضائية ، وخاصة المركبات الأمريكية ، مثل الجوزاء وأبولو ومكوك الفضاء. لإعطائك فكرة ، في غضون 7 أيام ، تعمل بخلية الوقود ، تستهلك مركبة الفضاء الأمريكية أبولو 680 كجم من الهيدروجين وتنتج 720 لترًا من الماء.

يوجد أدناه خلية وقود تابعة لناسا:

خلية وقود ناسا تعمل بالميثانول

بالإضافة إلى ذلك ، اعتبر العديد من العلماء أنه وقود المستقبل ، لأنه لا يولد أي ملوثات تقريبًا. بسبب أزمة النفط ، منذ دراسات 1973 من أجل استخدام خلايا الوقود في السيارات والمنازل ، نمت الشركات والصناعات أكثر فأكثر. على سبيل المثال ، يقوم العديد من مصنعي السيارات في أوروبا واليابان والولايات المتحدة بالاستثمار عرض وإثبات المركبات التي تعمل بخلايا الوقود ذات الأداء العالي والانبعاثات الصفرية. الملوثات.

لوس انجليس - 19 نوفمبر 2008: تقدم هوندا سيارة هوندا FCSport التي تعمل بخلايا الوقود في معرض لوس أنجلوس للسيارات *

بشكل عام ، في هذه الحالات ، من الأفضل استخدام الوقود السائل ، مثل الميثانول والإيثانول ، والتي يمكن إعادة تشكيلها إلى الهيدروجين على متن السيارة أو التي يمكن استخدامها مباشرة.

* الاعتمادات التحريرية للصورة: ميديا / موقع Shutterstock.com .

بقلم جينيفر فوغاسا
تخرج في الكيمياء

مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/celula-combustivel.htm