الألومينا في طاقة الهيدروجين وخلايا الوقود

مقدمة

الألومينا هي أحد أشكال أكسيد الألومنيوم. تتمتع بثبات حراري كبير ومقاومة كيميائية فائقة. في أنظمة الطاقة الهيدروجينية وخلايا الوقود، تحافظ الألومينا على عمل الأنظمة بشكل موثوق. الألومينا خفيفة الوزن وقوية. وتعمل بشكل جيد في درجات الحرارة العالية أو إذا تعرضت لمواد كيميائية قوية. تستعرض هذه المقالة سيراميك الألومينا في أنظمة الطاقة الهيدروجينية ومواد الألومينا الجديدة في خلايا وقود الأكسيد الصلب.

سيراميك الألومينا في أنظمة الطاقة الهيدروجينية: المقاومة الحرارية والكيميائية

ينتشر سيراميك الألومينا في أنظمة الطاقة الهيدروجينية. يتميز سيراميك الألومينا بمقاومة ممتازة في درجات الحرارة العالية جداً. تميل أنظمة الطاقة الهيدروجينية إلى أن تكون أكثر من 800 درجة مئوية، بينما تتحمل الألومينا أكثر من 2000 درجة مئوية في ظروف خاضعة للتحكم. يستخدم المهندسون أجزاء سيراميك الألومينا لحماية المواد الأخرى من الحرارة.

وغالباً ما تشتملأنظمة الطاقة الهيدروجينية على مصلحات أو مفاعلات عالية الحرارة. وفي هذه البيئات، تحمي الألومينا المعدات الحساسة. على سبيل المثال، قد يتعرض مصلح الهيدروجين لارتفاع مفاجئ في درجات الحرارة. لا تتصدع أجزاء الألومينا في ظل هذه الأنواع من الظروف. كما أنها محصنة ضد الهجوم الكيميائي من غاز الهيدروجين أو البخار. تكون الألومينا خاملة عندما تختلط أحبار الأكسجين والماء والهيدروجين في ظل ظروف الطاقة العالية.

تتميز سيراميك الألومينا بتمدد حراري منخفض. أي أنها لا تتقلص أو تكبر كثيراً مع تغير درجة الحرارة. وهي مفيدة عندما يجب أن تتناسب الأجزاء المختلفة مع بعضها البعض بإحكام. في الكثير من الأنظمة الصناعية، أنقذت أجزاء الألومينا خطوط الهيدروجين من التلف الحراري. أتذكر نظامًا معينًا كان يعاني من التسريبات إلى أن قاموا بتركيب أختام من الألومينا. ثم عمل النظام بأمان لآلاف الساعات.

وتعد المقاومة الكيميائية للألومينا ميزة أخرى مهمة. فمعظم المواد تتحلل عندما تتفاعل مع الهيدروجين والماء. وتعد الألومينا واحدة من أفضل المواد في هذا الصدد. وهذا يوفر الصيانة والاستبدال المتكرر. وهذا يعني أيضًا أن مكونات سيراميك الألومينا تتمتع بعمر طويل في ظل الظروف الصعبة. تختار معظم الشركات الألومينا لمتانتها وموثوقيتها عندما يتعلق الأمر بتطبيقات الطاقة الهيدروجينية.

مواد الألومينا المتطورة لخلايا وقود الأكسيد الصلب

تعملخلايا وقود الأكسيد الصلب في درجات حرارة عالية. وهي تعمل عادةً بين 800 درجة مئوية و1000 درجة مئوية. ودرجة الحرارة العالية هذه تتطلب مواد يمكنها تحملها. توفر مواد الألومينا المتقدمة القوة والدعم اللازمين. وتُستخدم في عدة أجزاء من خلية الوقود، مثل هياكل الدعم والوصلات البينية.

وعادة ما يستخدم المنتجون طرق معالجة متقدمة لتنقية الألومينا. وهذه المعالجة تضغطها وتجعلها أقل مسامية. على سبيل المثال، يمكن لطبقة الألومينا المكثفة أن تمنع الأكسجين من الانتشار بسرعة كبيرة. وفي خلية الوقود، يحافظ ذلك على التدفق الصحيح للغاز. كما أنه يحسن كفاءة الخلية. وتوجد أجزاء الألومينا عالية الجودة في هيكل الخلية وفي المواد المانعة للتسرب. ويحب المهندسون هذه الأجزاء لأنها تتحمل البلى والتلف.

في إحدى الحالات، تمكنت خلية وقود من العمل لأكثر من 40,000 ساعة تشغيل. وتمكنت مكونات الألومينا من الحفاظ على سلامة الهيكل. فقد صمدت أمام التدوير اليومي لدرجات الحرارة والتعرض للمواد الكيميائية. في مثل هذه الحالات، يتم تعويض تكلفة الإنتاج من خلال دورة حياة أطول، مما يحسن أداء النظام ككل.

تزيد مواد الألومينا الأفضل أيضًا من مقاومة الصدمات الحرارية لخلايا الوقود. الصدمة الحرارية هي الإجهاد الميكانيكي الناجم عن التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة. وهذه الخاصية ضرورية لإنتاج طاقة الهيدروجين على المدى الطويل. تقلل الألومينا من التشقق والفشل المفاجئ. وثباتها الحراري المتأصل فيها يمكّن خلايا الوقود من العمل بكفاءة وموثوقية.

الخاتمة

الألومينا في خلايا الوقود والطاقة الهيدروجينية مادة لا تقدر بثمن. وقدرتها على مقاومة درجات الحرارة العالية والهجوم الكيميائي تجعلها مناسبة لهذه الأنظمة. تتفوق سيراميك الألومينا بشكل جيد للغاية في أنظمة الطاقة الهيدروجينية. وبالإضافة إلى ذلك، تجعل الألومينا المحسّنة خلايا وقود الأكسيد الصلب أكثر كفاءة وذات تشغيل أطول أمداً. لمزيد من السيراميك المتقدم، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

س: ما هي الخصائص التي تجعل الألومينا مناسبة في أنظمة الهيدروجين؟

س: تتمتع الألومينا بثبات حراري ممتاز وتمدد حراري منخفض ومقاومة كيميائية جيدة.

و: كيف تعزز الألومينا خلايا وقود الأكسيد الصلب؟

س: تُوفِّر الألومينا دعامة جيدة ومقاومة للصدمات الحرارية وسلامة هيكلية مُحسَّنة.

و: هل تُستخدم الألومينا في جميع أنظمة الطاقة الهيدروجينية؟

س: تُستخدَم الألومينا في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والبيئات العدوانية الكيميائية لأنظمة الهيدروجين.