:خلايا الوقود القلوية Alkaline Fuel Cells (AFC)
خلايا الوقود القلوية هي أحد أكثر التقانات تطوراً واستعملت منذ منتصف الستينات من قبل ناسا في برامج المكوكات الفضائية و أبولو Apollo. خلايا الوقود على متن هذه المركبات الفضائية تؤمن الكهرباء للأنظمة المختلفة على سطح المكوك, بالاضافة الى أنها تؤمن ماء للشرب لرواد الفضاء. تعتبر الكفاءة الكهربائية لخلايا الوقود القلوية كفاءة أعلى من بقية الأنواع الأخرى فمردودها بحدود 70%.
تستخدم خلايا الوقود كوسيط محلول ذو اساس مائي aqueous (water-based) من هيدروكسيد البتاسيوم potassium hydroxide (KOH) محفوظ في مصفوفة مثقبة مستقرة retained in a porous stabilized matrix ،تركيز هيدروكسيد البوتاسيوم يمكن أن يتغير بتغير درجة حرارة الخلية حيث تتراوح درجة حرارة التشغيل ما بين 65°C الى 220°C. تكون حاملات الشحنة في الخلايا القلوية هي أيونات الهيدروكسيل (hydroxyl ion) (OH) التي تسري من القطب السالب الى القطب الموجب حيث تتحد مع الهيدروجين لتنتج ماء والكترونات. الماء المولد في القطب الموجب يعود للقطب السالب ليعيد توليد أيونات الهيدروكسيل. العمليات الكيميائية في خلية الوقود هذه موضحة بالعلاقات التالية حيث ان هذه التفاعلات تنتج كهرباء مفيدة وحرارة .
|
التفاعلات في القطب الموجب (Anode Reaction) |
H2 + 4 OH– ⇒ 4 H2O + 4 e– |
|
التفاعلات في القطب السالب (Cathode Reaction) |
O2 + 2 H2O + 4 e– ⇒ 4 OH– |
|
التفاعل النهائي (Overall Cell Reaction) |
H2 + O2 ⇒ 2 H2O |
أحد الخصائص لخلايا الوقود القلوية أنها حساسة جداً لغاز ثاني أكسيد الكربون CO2 الذي قد يتواجد في الوقود أو الهواء. يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الوسيط بسرعة كبيرة ويسبب تلوثه مما يخفض من أداء خلية الوقود بشكل كبير. لذا فإن استحدام خلايا الوقود القلوية محدد في بيئات مغلقة, مثل الفضاء ووسائل النقل في داخل البحار, ولابد أن تعمل على هيدروجين وأكسجين نقي. علاوة على ذلك الجزيئات مثل أول اكسيد الكربون CO والماء H2O والميثان CH4 التي تعتبر غير مؤذية لابل قد تعتبر وقود لبعض خلايا الوقود الأخرى تعتبر ملوثة لخلية الوقود القلوية.
بالنظر لمزايا هذا النوع من خلايا الوقود فهي أرخص أنواع خلايا الوقود (تصنيعها اقتصادي), هذا لأن المحفز على الأقطاب يمكن أن يكون عدد من المواد التي تعتبر رخيصة نسبيا مقارنة مع المحفزات المستخدمة بخلايا الوقود الأخرى. لم تستخدم خلايا الوقود القلوية بوسائل النقل. فحساسيتها للمواد الملوثة وحاجتها الى أكسجين وهيدروجين نقي يعتبر عقبة في طريق استخدامها في الوقت الحالي. بالمقابل تعمل خلايا الوقود القلوية بدرجات حرارة منخفضة نسبيا وذات مردود عالي الخصائص هذه تجعل الوقت المطلوب لبدء عملها قصير (اي تتوفر حرارة التشغيل بسرعة) وذات كفاءة وقود عالية.
