طبقة انتشار الغازات المصنوعة من ألياف التيتانيوم: تعزيز أداء خلايا الوقود

مقدمة

ازدادت أهمية خلايا الوقود على مر السنين. وهي تعمل على أساس العديد من المكونات. وتعد طبقة انتشار الغاز أحد أهم المكونات. تُعد طبقة انتشار الغاز المصنوعة من ألياف التيتانيوم بديلاً جديدًا أكثر كفاءة.

ما هي طبقة انتشار الغاز؟

طبقة انتشار الغاز هي أحد مكونات خلايا الوقود التي توزع الغازات بالتساوي في النظام. كما أنها تتيح إدارة المياه والقوة الميكانيكية. تتيح طبقة انتشار الغاز المصممة بفعالية حدوث التفاعلات الكيميائية بمعدل ثابت.

ما هي طبقة انتشار الغازات المصنوعة من ألياف التيتانيوم؟

هذا النوع من طبقات انتشار الغاز مصنوع من ألياف التيتانيوم. يتم تلبد الألياف في صفيحة مسامية. تضمن الألياف المعدنية عالية الجودة استمرارية الهيكل مع توصيل كهربائي ممتاز ومقاومة ممتازة للتآكل. والنتيجة هي مادة تعمل بشكل جيد في ظل المتطلبات العالية لتشغيل خلايا الوقود.

خصائص لباد ألياف التيتانيوم

يتميز لباد ألياف التي تانيوم ببعض الخصائص المثيرة للاهتمام:

- مسامية عالية بنسب تتراوح بين 80% و90%. وهذا يوفر سهولة في مرور الغازات.

- مقاومة ممتازة للتآكل. وهذا أمر مهم عند تعرضه لفترة طويلة في البيئات القاسية.

- قوة ميكانيكية جيدة. يمكن أن يتحمل الضغط والضغط الشائع في مداخن خلايا الوقود.

- خفة الوزن. تعمل خلايا الوقود بشكل أفضل مع المواد الأخف وزناً.

- توصيل كهربائي أعلى مقارنة ببعض الطبقات القائمة على الكربون. وهذا يساعد على كفاءة الخلية بشكل عام.

ومن المعروف أن هذه الخصائص تحسن من عمر خلية الوقود وكفاءتها، كما أظهرت الأبحاث.

طرق التصنيع

يتم إنتاج لباد ألياف التيتانيوم من خلال سلسلة من العمليات. يتم قطع ألياف التيتانيوم بالطول في البداية. ثم يتم تطوير الألياف في شكل حصيرة من خلال عمليات مثل التثبيت الرطب أو التثقيب بالإبرة. يلي ذلك عملية تلبيد. وتربط عملية التلبيد الألياف معًا دون أي مواد أخرى. ويحافظ على مسامية وقوة اللباد. وتتيح الطرق الحالية الحصول على طبقات قوية وموحدة مناسبة لتطبيقات خلايا الوقود.

الأداء في خلايا الوقود

يعتمد تشغيل خلية الوقود على التوزيع المنتظم للغاز والإدارة الفعالة للمياه. وتتفوق طبقة انتشار الغازات المصنوعة من ألياف التيتانيوم في كلا هذين الجانبين. وتُظهر خلايا الوقود التي تتضمن هذه المادة توزيعاً واستقراراً محسَّناً للتيار. وفي الاختبارات، لاحظ الكثيرون تحسينات في الأداء بنسبة 10% أو أكثر مقارنةً بالطبقات القياسية. وتقلل معالجة المياه المحسنة من الفيضان، وهي مشكلة شائعة في خلايا الوقود. والنتيجة هي تشغيل أكثر استقراراً مع مرور الوقت.

المزايا مقارنة بطبقات انتشار الغاز القائمة على الكربون

لقد كانت طبقات انتشار الغاز القائمة على الكربون هي القاعدة منذ عقود. ومع ذلك، فإن لها عيوباً معروفة. توفر طبقات انتشار الغازات المصنوعة من ألياف التيتانيوم العديد من المزايا:

- مقاومة محسّنة للتآكل عند الإمكانات والرطوبة العالية.

- تعزيز المتانة الميكانيكية من دورات التشغيل المتكررة.

- توصيل كهربائي محسّن بسبب الألياف المعدنية.

- ثبات حراري محسّن خلال فترات الحرارة العالية.

تجعل هذه المزايا خيار اللباد المصنوع من ألياف التيتانيوم أكثر موثوقية للتطبيقات الصعبة.

استخدامات طبقة انتشار الغازات المصنوعة من لباد ألياف التيتانيوم

تجد طبقة انتشار الغازات اللباد المصنوعة من ألياف التيتانيوم طريقها إلى مختلف تطبيقات خلايا الوقود:

- في خلايا وقود غشاء التبادل البروتوني للنقل، تساعد في تحقيق عمر افتراضي أعلى وتشغيل مستقر.

- وفي أنظمة الطاقة الثابتة، تساعد في الحفاظ على الكفاءة أثناء الأحمال المتغيرة.

- لدى العلماء أيضاً رؤى لتطبيقه في إمدادات الطاقة الاحتياطية والفضاء.

على سبيل المثال، أظهرت خلايا وقود السيارات التي تستخدم هذه المادة انخفاضاً في التدهور بمرور الوقت، مما يعني انخفاض الصيانة.

اقرأ المزيد: طبقات انتشار الغاز: لماذا تعتبر اللبادات الليفية الخيار المفضل

الخاتمة

في الختام، تتمتع طبقة انتشار الغازات المصنوعة من ألياف التيتانيوم بإمكانيات كبيرة لتعزيز أداء خلايا الوقود. كما أن توصيلها وقوتها ومقاومتها للتآكل ومساميتها العالية تجعل خلايا الوقود تعمل بسلاسة وكفاءة. وتحافظ عمليات التصنيع على هذه المزايا دون أن تجعل التكلفة باهظة. كما أن تحسن أدائها وفائدتها مقارنة بالطبقات القائمة على الكربون يجعلها خياراً قابلاً للتطبيق في التطبيقات المستقبلية. ومع استمرار تطور تكنولوجيا خلايا الوقود، من المتوقع أن يكون لهذه المادة دور متزايد في المساعدة على إطالة عمر أنظمة الطاقة وتحسين كفاءتها.

الأسئلة المتداولة

س: ما هي الطريقة التي تُعدّ بها ألياف التيتانيوم أفضل من الطبقات القائمة على الكربون؟

س: إنه يوفر مقاومة محسنة للتآكل، وقوة ميكانيكية، وموصلية كهربائية.

و: كيف يتم تصنيع طبقة انتشار الغازات المصنوعة من ألياف التيتانيوم؟

س: يتم تلبيد ألياف التيتانيوم في حصيرة وتلبيدها لربط الألياف مع الحفاظ على المسامية.

ف: هل تتحسن الكفاءة الإجمالية لخلية الوقود بفضل هذه المادة؟

ج: نعم، تسمح خصائصها بتحسين إدارة الغاز والماء، مما يؤدي إلى تحسين أداء خلية الوقود.