الطالب اعداد

الحارثي ساعد منيرالجامعي الرقم

4316278

مقدم إلى

مقدمة

خاليا الوقود هي خاليا كهروكيميائية تحول الطاقة

الكيميائية الحرارية الناتجة عن احتراق الوقود

) مثل الهيدروجين وأول أكسيد الكربون والميثان(

( 1-16مباشرة الى طاقة كهربية ) انظر االشكال )

( –16-2. )

،ان وظائف خاليا الوقود تشبه الى حد ما البطارية

لكن بالمقارنة بالبطارية فان متفاعالت خاليا

من (supplied continually)الوقود تزود باستمرار

. (external reservoir) مغذ خارجي

ومن أشهر بطاريات الوقود بطاريات الوقود

والتي تستخدم في (alkaline fuel cell)القاعدية

. وهذه الخاليا (space shuttle)المركبات الفضائية

بواسطة وكالة الفضاء (1960s)استخدمت منذ عام

لتشغيل االنظمة المزودة (NASA)الدولة – ناسا

(spacecraft)بالكهرباء في المركبات الفضائية

لكنها غالية جداP وليس مرجحاP أن تصبح تجارية

(unlikely to be commercialized)

وهذه الخاليا لكي تعمل فانها تتطلب هيدروجين

they require to operate pure)وأكسجين نقيين

hydrogen and oxygen) وهس حساسة للشوائب

(susceptible to contamination) لذلك طورت خاليا ،

وقود بديلة.

ومن الناحية النظرية يتوقع أن يكون التغير في الطاقة

الحرة لالحتراق قابال للتحويل الى طاقة مفيدة بنسبة

عند استعمال خلية وقود ذات كفاءة عالية ، %(100)

(% 70 – 60)ولكن بنسبة الكفاءة وجد أنها تتراوح بين

وما زالت البحوث جارية للحصول على خاليا وقود

Pترتتفع فيها نسبة الكفاءة الى القيمة المتوقعة نظريا

.(%100)أي

س( اذكر مثاالP لخلية وقود . وارسم مخططاP لها

مع ذكر تفاعالت االكسدة واالختزال والتفاعل

الكلي.

ج( من خاليا الوقود خلية الهيدروجين واألكسجين

والتي تستخدم كمصدر للكهرباء في المركبات

الفضائية ، حيث تغرغر الغازات عبر أقطاب

كربونية مسامية مغمورة في محلول مركز من

أو هيدروكسيد ( NaoH)هيدروكسيد الصوديوم

الساخن .( KOH)البوتاسيوم

ان الوقود ) غاز الهيدروجين( وعامل

االكسدة ) غاز االكسجين ( ال يتفاعالن

بشكل مباشر لكن عوضاP عن ذلك يتدفقان

separate cell)في غرف خاليا مفصولة

compartments) حيث الهيدروجين يتأكسد

عند المصعد واالكسجين يختزل عند

المهبط ، والتفاعل الكلي ببساطة هو

تحويل الهيدروجين واالكسجين الى ماء.

ويمكن تمثيل الخلية كما يلي:

)()()()()( 22 sCgOaqOHgHsC

anodeateLOHaqOHgH 4)(4)(4)(2 22

cathodeatHoeLOHgO 44)(2)( 22

)()(2)()(2 22 rectioncellnetreactionoverallLOHgOgH

.................................................................

وتطبيقات هذه الخاليا حتى يومنا هذا محددة

بسبب كلفتها . ومن أهم استخداماتها

المستقبلية أنها ستستعمل كمصدر طاقة في

Pوسائل النقل الكهربائية النظيفة للبيئة ونظرا

لألهمية القصوى لخاليا الوقود فان األبحاث في

هذا الحقل ما تزال جارية وبصورة خاصة حول

(Catalyst)تقليل التكاليف والبحث عن حافز

مناسب بحيث تتم العملية بسرعة أكبر.

Proton Exchange Membrane Fuel Cell

خاليا الوقود هيدروجين – أكسجين تنتج

طاقة كهربية من أ:سدة الهيدروجين

في خلية كهروكيميائية . نصفي

التفاعل في الوسط الحامضي هما:

الى (pumped)غاز الهيدروجين يضخ

المصعد ، وغاز االكسجين او الهواء يضخ

(.7-16الى المهبط ، كما في الشكل )

(catalysts)أقطاب الجرافيت تحاط بحفازات

تحتوي البالتين. ويفصل القطبان بغشاء شبه

مسامي ) شبه منفذ(

(semipermeable ,membrane ) يسمى غشاء

PEM( )proton – exchange)التبادل البروتوني

membrane والذي هو عبارة عن صفيحة

(sheet) بالستيكية رقيقة – تسمح فقط بمرور

ايونات الهيدروجين وال تسمح بمرور

االلكترونات .

وااللكترونات يجب أن تمر خالل دائرة خارجية

حيث يمكن استخدام هذه االلكترونات لعمل

.(perform wor)شغل

(are aided)والتفاعالت الكهروكيميائية تحفز

بواسطة حفازات البالتين على كال جهتي

والتي على اتصال مع المصعد PEMالغشاء

والمهبط ، وعند المهبط فان ايونات

الهيدروكسيد المنتجة بواسطة اختزال

األكسجين تتفاعل مع البروتونات لتنتج الماء

والتفاعل الكلي لخلية الوقود هو:

أعلى )0.7V)والجهد الناتج حوالي جهد على higher)وللحصول

voltage) فان خاليا الوقود ترص وتوصل على

ويمكن لخاليا الوقود (connected in series)التسلسل

PEM fuel cells . ان تعمل عند درجة حرارة

والهيدروجين النقي الذي يحتاج اليه في خاليا الوقود

(PEM fuel cell) له مشكلة في استخدامه وهي ان

من (flammable)فالهيدروجين النقي قابل لالشتعال

ويوزع.(difficult to store)الصعوبة ان يخزن

)(2

1)( 222 LOHOgH

وهناك مصادر أخرى للهيدروجين اكثر

(reformer)جاذبية وباستخدام جهاز يدعى

الذي يمكنه ان يحول وقود

الهيدروكربون )مثل الغاز الطبيعي ( او

الكحول ) مثل الميثانول( إلى هيدروجين

والذي يمكن عندئذ أن يغذي خلية الوقود.