خلايا الوقود بدون غشاء: صغيرة ومرنة

طور باحثون من جامعة إلينوي في أوربانا شامبين خلايا وقود يمكنها العمل بدون غشاء صلب يفصل الوقود عن المواد الأخرى، كما يمكن أن تعتمد على القلويات وليس الأحماض فقط.

آفي بيليزوفسكي وبيني ران

في الصورة: بول كينيس والنظام الذي طوره

طور باحثون من جامعة إلينوي في أوربانا شامبين خلايا وقود يمكنها العمل بدون غشاء صلب يفصل الوقود عن المواد الأخرى، كما يمكن أن تعتمد على القلويات وليس الأحماض فقط.

وكما هو الحال في البطاريات، يتم تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية في خلايا الوقود. ومع ذلك، في حين أنه في معظم خلايا الوقود يتم استخدام حاجز مادي لفصل الوقود عن المواد التي تتبرع بالإلكترونات، في خلايا الوقود التي تم تطويرها في إلينوي يتم الفصل من خلال التقسيم الطبقي متعدد الطبقات. يقول بول كينيس، أستاذ الكيمياء: "يعتمد النظام على قناة موائع جزيئية على شكل حرف Y تندمج فيها تيارات الوقود والمادة الإضافية بين الأقطاب الكهربائية المغطاة بمادة محفزة دون اختلاط بعضها ببعض". والهندسة الجزيئية الحيوية وباحث في معهد بيكمان للعلوم والتكنولوجيا المتقدمة.

عندما تتدفق السوائل عبر القنوات المجهرية، فإنها تتصرف بشكل مختلف عما يحدث عندما تتدفق عبر أنابيب كبيرة، مثل تلك الموجودة في أنابيب الصرف الصحي المنزلية - يوضح كينيس. "لا يوجد اختلاط على المستوى المجهري، والتقسيم الطبقي يسمح للتيارين بالمرور جنبًا إلى جنب دون الحاجة إلى تخزين مؤقت مادي."

تتكون خلية الوقود من قطبين كهربائيين (الأنود والكاثود)، ومصدر للوقود ومواد إضافية. ونتيجة للتفاعل الكيميائي عند الأنود، يتم إطلاق البروتونات والإلكترونات من ذرات الهيدروجين. تمر البروتونات عبر الخلية إلى الكاثود، حيث تعود وتندمج مع الإلكترونات التي تمر عبر الدائرة الخارجية. في معظم خلايا الوقود، يتم استخدام غشاء بوليمر إلكتروليتي لفصل الكاثود عن الأنود. ومع ذلك، في خلية الوقود التي تم تطويرها في إلينوي، يلغي التدفق الطبقي الحاجة إلى غشاء فيزيائي، وتلتقي الإلكترونات بالبروتونات عندما يتلامس السائلان مع بعضهما البعض.

يتمتع هذا التكوين بالعديد من المزايا مقارنة بخلايا الوقود التقليدية - من بينها المكونات القليلة والتصميم الأبسط. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا أن تعتمد خلايا الوقود على الخلايا القلوية. وكما أن أداء البطاريات القلوية العادية يفوق أداء البطاريات الحمضية، فإن أداء خلايا الوقود القلوية أفضل من أداء خلايا الوقود المعتمدة على الحمض. يقول كينيس: "بما أن خلايا الوقود لدينا لا تحتوي على غشاء، فهي لا تعاني من المشاكل التي حالت حتى الآن دون إنتاج خلايا الوقود المعتمدة على القلوية".
للحصول على الأخبار في العلوم اليومية