مع تحول العالم إلى مصادر طاقة صديقة للبيئة، فإنه يحتاج أيضًا إلى معرفة كيفية تخزين الطاقة للأوقات التي لا تشرق فيها الشمس ولا تهب الرياح.
أحد المنافسين الرئيسيين، وهو خلية وقود الهيدروجين، حصل للتو على دفعة كبيرة، وذلك بفضل الأبحاث الأساسية الناشئة عن مختبر المسرع الوطني SLAC التابع لوزارة الطاقة، وجامعة ستانفورد، ومعهد أبحاث تويوتا (TRI)، والتي تمت ترجمتها مؤخرًا إلى ممارسة في جهاز خلايا الوقود من خلال التعاون بين جامعة ستانفورد ومعهد التخنيون الإسرائيلي للتكنولوجيا، ونشرت النتائج في مجلة نيتشر إنيرجي .
وقالت ميكايلا بيرك ستيفنز، العالمة المشاركة في SLAC ومركز SUNCAT المشترك لعلوم الواجهات والتحفيز بجامعة ستانفورد: “تتمتع خلايا الوقود الهيدروجيني بإمكانيات كبيرة حقًا لتخزين الطاقة وتحويلها، وذلك باستخدام الهيدروجين كوقود بديل للبنزين على سبيل المثال”، “لكن تشغيل خلية الوقود لا يزال مكلفًا إلى حد ما.”
المشكلة، كما قالت ستيفنز، هي أن خلايا الوقود تعتمد عادةً على محفز – مليء بمعادن مجموعة البلاتين باهظة الثمن (PGM)- الذي يعزز التفاعل الكيميائي الذي يجعل النظام يعمل.
طرق لجعل المحفز أرخص
أدى ذلك إلى قيام بيرك ستيفنز وزملائها بالبحث عن طرق لجعل المحفز أرخص، لكن إجراء مثل هذا التغيير الأساسي في كيمياء خلية الوقود يمثل تحديًا صعبًا: غالبًا ما يجد العلماء أن المحفز الذي يعمل في مختبرهم الصغير لا يعمل، جيد جدًا عندما تجربه شركة ما في خلية وقود حقيقية.
هذه المرة، قام الباحثون بموازنة التكاليف، عن طريق استبدال PGMs جزئيًا ببديل أرخص، وهو الفضة؛ لكن المفتاح الحقيقي كان تبسيط الوصفة الكيميائية لتوصيل المحفز إلى أقطاب الخلية.
يقوم العلماء عادةً بخلط المحفز في سائل ثم نشره على القطب الكهربائي الشبكي، لكن وصفات المحفز هذه لا تعمل دائمًا بنفس الطريقة في بيئات معملية مختلفة باستخدام أدوات مختلفة، مما يجعل من الصعب ترجمة العمل إلى تطبيقات حقيقية .
وقال توم جاراميلو، مديرSUNCAT، “إن العمليات الكيميائية الرطبة ليست مرنة بشكل خاص فيما يتعلق بالظروف المختبرية”.
للتغلب على هذه المشكلة، استخدم فريق SLAC بدلاً من ذلك غرفة مفرغة من أجل ترسيبات أكثر تحكمًا للمحفز الجديد على الأقطاب الكهربائية.
قال جاراميلو: “إن هذه الأداة ذات الفراغ العالي هي طريقة “ما تراه هو ما تحصل عليه”، “طالما تمت معايرة نظامك بشكل جيد، من حيث المبدأ، يمكن للناس إعادة إنتاجه بسهولة.”
ولضمان أن يتمكن الآخرون من إعادة إنتاج نهجهم وتطبيقه مباشرة على خلايا الوقود واسعة النطاق، عمل الفريق مع خبراء أظهروا أن الطريقة تعمل في خلية وقود عملية.
قال بورك ستيفنز، “لم يتم إعداد هذا المشروع لإجراء اختبار خلايا الوقود هنا، لذلك كنا محظوظين حقًا لأن طالب الدراسات العليا في المشروع في جامعة ستانفورد، خوسيه زامورا زيليدن، لقد تم إعدادهم لاختبار خلايا الوقود الفعلية، لذلك كان تجميعها معًا مزيجًا رائعًا من الموارد”.
معًا، وجد الفريقان، أنه من خلال استبدال الفضة الرخيصة ببعض المحفزات PGM المستخدمة في المحفزات السابقة، يمكنهم تحقيق خلية وقود فعالة بنفس القدر وبسعر أقل بكثير – والآن بعد أن أصبح لديهم طريقة مثبتة لتطوير المحفزات، يمكنهم ابدأ باختبار أفكار أكثر طموحًا.
قال جاراميلو: “يمكننا أن نحاول التخلص تمامًا من PGM””.
كان ديكل، أستاذ الهندسة الكيميائية ومدير برنامج الطاقة، متحمسًا بنفس القدر لإمكانات الشراكة، وقال “هذا له فوائد كبيرة لأبحاث خلايا الوقود في الأكاديمية وكذلك لتطوير المحفز العملي في صناعة خلايا الوقود “.
وقال جاراميلو إنه بالنظر إلى المستقبل، فإن مثل هذه الأبحاث ستقرر ما إذا كانت خلايا الوقود قادرة على تحقيق إمكاناتها، مضيفا: “إن خلايا الوقود تبدو مثيرة للاهتمام حقًا في وسائل النقل الثقيلة وتخزين الطاقة النظيفة، ولكن الأمر في النهاية سيؤدي إلى خفض التكلفة، وهو ما يدور حوله هذا العمل التعاوني.”
