طلاء بسيط يرفع كفاءة إنتاج الهيدروجين 40%.. طبقة غير لاصقة تعزز أداء مُحلِّلات الماء
حل منخفض التكلفة يضاعف كفاءة التحليل الكهربائي للماء.. قفزة في كثافة التيار وإنتاج الهيدروجين
كشفت دراسة علمية حديثة عن أن طلاءً بسيطًا من مادة التفلون، الشائعة الاستخدام في أواني الطهي غير اللاصقة، يمكنه تعزيز كفاءة إنتاج الهيدروجين في مُحلِّلات الماء بنسبة تقارب 40%.
ويعتمد الابتكار على تطبيق طلاء متخصص يمنع التصاق فقاعات الهيدروجين بالمكونات الداخلية، ما يسمح بخروجها بسلاسة ويحسّن أداء النظام.
قاد الدراسة البروفيسوران جونغكي ريو ودونغ ووج لي من كلية الطاقة والهندسة الكيميائية في معهد أولسان الوطني للعلوم والتكنولوجيا (UNIST)، ونُشرت نتائجها في دورية Advanced Science، حيث اختيرت كبحث غلاف للعدد.
تعمل مُحلِّلات الماء على إنتاج الهيدروجين عبر شطر جزيئات الماء باستخدام الكهرباء. وخلال التشغيل، تتكوّن فقاعات الهيدروجين على سطح المحفّز في الأقطاب.
وعندما تلتصق هذه الفقاعات بالمحفّز، فإنها تحجب المواقع النشطة وتُضعف التفاعل، ما يؤدي إلى انخفاض الكفاءة نتيجة تقلّص المساحة الفعّالة المتاحة.
ولمعالجة هذه المشكلة، قام الفريق بطلاء «طبقة النقل المسامية» (PTL) — وهي مكوّن أساسي يسهّل نقل الماء والهيدروجين داخل المُحلِّل — بمادة بولي تترافلوروإيثيلين (PTFE)، المعروفة تجاريًا باسم تفلون.
وقد جرى تطبيق الطلاء باستخدام رشّ بسيط، ما يمنع التصاق الفقاعات بالمسام ويسمح بخروجها بسهولة، ليبقى التفاعل مستمرًا بكفاءة أعلى.
ومن اللافت أن الباحثين طَلَوا النصف العلوي فقط من طبقة PTL، وتركوا النصف السفلي دون طلاء.
وبما أن هذه الطبقة مسؤولة أيضًا عن إمداد المحفّز بالماء، فإن هذا التصميم يضمن عدم إعاقة تدفّق الماء، مع تحسين طرد فقاعات الهيدروجين عبر الجزء المطلي في الوقت نفسه.
وأظهرت النتائج أن خلايا التحليل الكهربائي المزودة بطبقة PTL المطلية حققت زيادة قدرها 40% في كثافة التيار مقارنة بالخلايا غير المطلية، وهو ما يعكس ارتفاعًا مباشرًا في معدلات إنتاج الهيدروجين.
كما انخفض الارتفاع في الجهد الناتج عادة عن تراكم الفقاعات، ما عزّز الكفاءة الكلية للنظام.
ويمتاز أسلوب الطلاء ببساطته وقابليته للتوسّع، إذ يقتصر على الرش والمعالجة الحرارية، دون الحاجة إلى تقنيات تصنيع نانوية أو عمليات معقّدة.
ونجح الفريق في طلاء طبقات PTL بمساحات كبيرة تصل إلى 225 سنتيمترًا مربعًا، ما يؤكد قابلية التطبيق الصناعي.
وقال البروفيسور جونغكي ريو إن الاعتقاد السائد يتمثل في أن زيادة محبة الماء لطبقة PTL تحسّن الإمداد المائي والكفاءة، غير أن نتائج الدراسة تُظهر أن الطلاء الكاره للماء باستخدام PTFE يمكنه تعزيز إزالة الهيدروجين ورفع الأداء العام.
وأضاف البروفيسور دونغ ووج لي أن التفلون مادة معروفة ومتوافرة على نطاق واسع، ما يجعل اعتماد هذا النهج سهلًا دون الحاجة إلى تعديل الأنظمة الحالية، مشيرًا إلى إمكانية تطبيقه في أنظمة كهروكيميائية أخرى تشمل خلايا الوقود وبطاريات الهواء-المعدن.
