كيف تعمل خلايا الوقود - ملتقى الفيزيائيين العرب
  #1  
قديم 15-01-2007, 01:11
الصورة الرمزية عادل الثبيتي
عادل الثبيتي
غير متواجد
مشرف منتدى المواقع العلمية والمرحلة الثانوية والمسائل والتمارين الفيزيائية
محاضر في الدورة الثانية لتعليم الفيزياء
 
تاريخ التسجيل: Sep 2006
الدولة: السعودية - الطائف -
المشاركات: 10,344
افتراضي كيف تعمل خلايا الوقود



سيارة المستقبل من مرسيدس تعمل بالوقود الهيدروجين

جهاز كمبيوتر دفتري يحصل على الطاقة الكهربية من خلية وقود

في هذه المقالة من تفسيرات فيزيائية سوف نقوم بشرح فكرة عمل خلايا الوقود وميزاتها واستخداماتها الحالية والمستقبلية.


أصبح البحث عن بدائل للوقود التقليدي "النفط" أمرًا ضرورياً بالنسبة للدول الصناعية المتقدمة ولا سيما بعد الارتفاع الملحوظ لاسعار الوقود على مستوى العالم وترصد هذه الدول المبالغ المالية الطائلة لتمويل ابحاث البحث عن مصادر للطاقة البديلة والمقصود هنا بديلة عن النفط، وفي المقابل عكف العلماء والباحثون على إجراء الدراسات والابحاث للحصول على مصادر بديلة للطاقة، فقد تم تطوير استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة الكهربائية، واستخدام طاقات المد والجذر وأمواج البحر كطاقات حركية يمكن تحويلها لطاقة كهربائية، أو استخدام المياه الساقطة من الشلالات لتويد الطاقة الكهربية والاستعاضة بالعديد من مصادر الطاقة البديلة عن الوقود التقليدي.


تم اختراع تقنية خلايا الوقود في انجلترا في منتصف القرن التاسع عشر الميلادي على يد السير وليام روبرت جروف William grove، منذ اكثر من 160 عاماً حيث لم يكن يعلم ان اختراعه الذي وضعه في العام 1839 سيحل مشكلة تواجه العالم في القرن الواحد والعشرين لاكتشاف خلايا الوقود التي يمكن عن طريقها الحصول على الكهرباء من الهيدروجين أو الكحول دون أي عملية احتراق؛ وبذلك يكون قد حل المعادلة الصعبة، وهي الحصول على طاقة نظيفة من غير أن نلوث البيئة وبأقل الأسعار؛ حيث إن المشكلة ثلاثية الجوانب: الطاقة، والبيئة، والتكلفة. وهي الاتجاهات الثلاثة التي يصبو العلماء لحلها.

والحل يكمن في هذه الخلية الصغيرة التي تدعى خلية الوقود، ولكن نظرا لعدم جدوى استخدامه في تلك الفترة، ظل هذا الاختراع حبيس الأدراج لأكثر من 130 سنة، ولكن عادت خلايا الوقود مرة أخرى للحياة في عقد الستينيات، وذلك عندما طورت شركة «جنرال إليكتريك» خلايا تعمل على توليد الطاقة الكهربائية اللازمة لإطلاق سفينتي الفضاء الشهيرتين «أبوللو» و«جيمني»، بالإضافة إلى توفير مياه نقية صالحة للشرب، كانت الخلايا في تلك المركبتين كبيرة الحجم وباهظة التكلفة، لكنها أدت مهامها دون وقوع أي أخطاء، واستطاعت أن توفر تيارا كهربائيا وكذلك مصدرا للمياه النقية الصالحة للشرب.




تتميز خلايا الوقود عن البطاريات التقليدية في اعتمادها على دمج عنصري الهيدروجين والأكسيجين لإنتاج الكهرباء والتي تحصل الخلية عليهما من مصدر خارجي ولا تعدان من مكونات خلية الوقود نفسها وهذا ما يعطي لهذه الخلايا الاهمية بالمقارنة مع البطاريات، حيث أن في البطاريات التقليدية فإن مكونات البطارية هي اساس توليد الطاقة حيث يحدث التفاعل الكيميائي لمكونات البطارية لانتاج الطاقة الكهربية وتستمر هذه العملية الى حين انتهاء المواد الكيميائية المتفاعلة فتتوقف البطارية لحين إعادة شحنها مرة أخرى، في حين إن خلايا الوقود تعمل بصفة مستمرة لأن وقودها الهيدروجين والأكسجين يأتيان من مصادر خارجية، كما أن خلايا الوقود في حد ذاتها ليست سوى رقائق مسطحة تنتج كل واحدة منها فولطاً كهربائياً واحداً، وهذا يعني أنه كلما زاد عدد الرقائق المستخدمة كلما زادت قوة الجهد الكهربائي.



* فكرة عمل خلايا الوقـود :


تعتبر خلية الوقود أداة لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية اي انها تقوم من خلال تفاعلات كيميائية بتحويل الهيدروجين والاكسجين إلى ماء وينتج عن هذه العملية طاقة كهربية. وبالمقارنة مع البطارية التقليدية المعروفة فإن الاختلاف يكمن في ان المواد الكيميائية الداخلة في التفاعل لتوليد الكهرباء هي جزء من تركيب البطارية وتوجد في داخلها، وبانتهاء المواد الكيميائية هذه فإن البطارية تصبح عديمة الفائدة ويتم استبداله أو اعادة شحنها مرة اخرى، في حين ان خلايا الوقود لا يمكن ان تنتهي فهي تعمل باستمرار لان مصدر المواد الكيميائية هي من الهواء.



شرائح من خلايا الوقود تستخدم كمصدر للطاقة في السيارات

يوجد العديد من خلايا الوقود تصنف حسب المواد الكيميائية التي تستخدمها، وكذلك صفائح المحلل electrolyte التي تستخدماها. والنوع الاكثر شيوعا ورواجا هو خلية الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) والموضح فكرة عملها في الشكل التالي:



فكرة عمل وتركيب خلية الوقود لانتاج الطاقة الكهربية

يوضح الشكل اعلاه تركيب خلية الوقود وفكرة عملها تتلخص في المراحل التالية:

هذه هي التفاعلات الكيميائية التي تحدث على طرفي الخلية



إن النماذج البسيطة التي تصنع منها الخلية الهيدروجينية و المستخدمة في وسائط النقل تنتج حوالي 1.16 Volt لذلك يتم وصل عدد كبير من الخلايا لتوليد الطاقة الكهربائية المطلوبة . يبين الشكل التالي خلية هيدروجينية مكونة من عدد كبير من الشرائح لتوليد فرق الجهد المطلوب.





لقد تنوعت أماكن استخدام الخلية الهيدروجينية و اختلفت التصاميم و الأبعاد الموضوعة لها تبعاً للطاقة المطلوبة منها وفي الصورتين التاليتن مثالاً لذلك





دراجة نارية تستخدم وقود الهيدروجين بدلا من الوقود التقليدي من خلال خلايا الوقود





سيارة تعمل بواسطة محرك كهربي يحصل على الطاقة من خلايا الوقود الهيدروجيني

* مشاكل تواجه خلايا الوقـود :

* مزايـا استخدام خلايا الوقود :



لعلك عزيزي القارئ لاحظت بساطة الفكرة وسهولة تطبيقها وحالياً تعقد الكثير من الأبحاث على إيجاد تطبيقات جديدة لخلايا الوقود؛ حتى تصبح بديلًا لكل صور الطاقة الأخرى، وتكون بحق وقود المستقبل وقود القرن الواحد والعشرين.
__________________
http://twitter.com/phys4arab

صفحة ملتقى الفيزيائيين العرب على تويتر
رد مع اقتباس
  #2  
قديم 15-01-2007, 09:58
الصورة الرمزية البالود
البالود
غير متواجد
المراقب العام
 
تاريخ التسجيل: Dec 2005
الدولة: المملكة العربية السعودية
المشاركات: 8,801
افتراضي مشاركة: كيف تعمل خلايا الوقود


والله موضوع ولااروع

.

يعطيك ألف عافية استاذنا الفاضل
,
,
تقبل مني خالص الود والتقدير
__________________
نحن قوم إذا ضاقت بنا الدنيا
اتسعت لنا السماء

فكيف نيأس ؟!!
رد مع اقتباس
  #3  
قديم 15-01-2007, 13:33
الصورة الرمزية عادل الثبيتي
عادل الثبيتي
غير متواجد
مشرف منتدى المواقع العلمية والمرحلة الثانوية والمسائل والتمارين الفيزيائية
محاضر في الدورة الثانية لتعليم الفيزياء
 
تاريخ التسجيل: Sep 2006
الدولة: السعودية - الطائف -
المشاركات: 10,344
افتراضي مشاركة: كيف تعمل خلايا الوقود


المشاركة الأصلية كتبت بواسطة البالود


والله موضوع ولااروع

.

يعطيك ألف عافية استاذنا الفاضل
,
,
تقبل مني خالص الود والتقدير
والله الأرووووع هو مرورك العزيز جداً وموضوعـاتك المتميزة في هذا الملتقى الذي أنت عَلمٌ من أعلامه،،،
فنفع الله بعلمك وجزاك خيراً لما قدمت وا ستقدم بمشيئة الله وجعلها الله في موازيين حسناتك
__________________
http://twitter.com/phys4arab

صفحة ملتقى الفيزيائيين العرب على تويتر
رد مع اقتباس
  #4  
قديم 15-01-2007, 15:08
الصورة الرمزية rooza
rooza
غير متواجد
خبير فيزيائي
 
تاريخ التسجيل: Nov 2005
الدولة: sa
المشاركات: 1,801
افتراضي مشاركة: كيف تعمل خلايا الوقود

أ . طائف


موضوع اقل مايمكن ان يقال عنه انه راااااااااااااائع



لك كل الشكر والتقدير ,,,,,
رد مع اقتباس
  #5  
قديم 15-01-2007, 15:33
الصورة الرمزية عادل الثبيتي
عادل الثبيتي
غير متواجد
مشرف منتدى المواقع العلمية والمرحلة الثانوية والمسائل والتمارين الفيزيائية
محاضر في الدورة الثانية لتعليم الفيزياء
 
تاريخ التسجيل: Sep 2006
الدولة: السعودية - الطائف -
المشاركات: 10,344
افتراضي مشاركة: كيف تعمل خلايا الوقود


المشاركة الأصلية كتبت بواسطة rooza

أ . طائف


موضوع اقل مايمكن ان يقال عنه انه راااااااااااااائع



لك كل الشكر والتقدير ,,,,,
الأروع هو ومرورك الكريم على الموضوع فجزاك الله خيراً ،،،
والأكثر روعة هو ما سطرته في موضوعاتك الممتازة والمفيدة .
__________________
http://twitter.com/phys4arab

صفحة ملتقى الفيزيائيين العرب على تويتر
رد مع اقتباس
  #6  
قديم 15-01-2007, 20:11
الصورة الرمزية بريق الفيزياء
بريق الفيزياء
غير متواجد
موقوف
 
تاريخ التسجيل: Dec 2006
المشاركات: 112
افتراضي مشاركة: كيف تعمل خلايا الوقود

أستاذنا الفاضل طائف
موضوع رائع وتستحق الشكر
بارك الله فيك
رد مع اقتباس
  #7  
قديم 15-01-2007, 21:24
الصورة الرمزية خلف الجميلي
خلف الجميلي
غير متواجد
مؤسس الملتقى والمدير العام
 
تاريخ التسجيل: Aug 2005
المشاركات: 7,648
افتراضي مشاركة: كيف تعمل خلايا الوقود


الله يعطيك العافية
رد مع اقتباس
  #8  
قديم 15-01-2007, 21:30
الصورة الرمزية عادل الثبيتي
عادل الثبيتي
غير متواجد
مشرف منتدى المواقع العلمية والمرحلة الثانوية والمسائل والتمارين الفيزيائية
محاضر في الدورة الثانية لتعليم الفيزياء
 
تاريخ التسجيل: Sep 2006
الدولة: السعودية - الطائف -
المشاركات: 10,344
افتراضي مشاركة: كيف تعمل خلايا الوقود


المشاركة الأصلية كتبت بواسطة بريق الفيزياء

أستاذنا الفاضل طائف
موضوع رائع وتستحق الشكر
بارك الله فيك
الروعة في مرورك العزيز فجزاك الله خيراً ،،،
__________________
http://twitter.com/phys4arab

صفحة ملتقى الفيزيائيين العرب على تويتر
رد مع اقتباس
  #9  
قديم 15-01-2007, 21:33
الصورة الرمزية عادل الثبيتي
عادل الثبيتي
غير متواجد
مشرف منتدى المواقع العلمية والمرحلة الثانوية والمسائل والتمارين الفيزيائية
محاضر في الدورة الثانية لتعليم الفيزياء
 
تاريخ التسجيل: Sep 2006
الدولة: السعودية - الطائف -
المشاركات: 10,344
افتراضي مشاركة: كيف تعمل خلايا الوقود


المشاركة الأصلية كتبت بواسطة الجميلي


الله يعطيك العافية
الله يعطيك العافيه ، وينفع بعلمك وبأخلاقك الحسنة فجزاك الله خير لما تقدمه في هذا الملتقى
ولك مني كل الشكر والعرفان ،،،
__________________
http://twitter.com/phys4arab

صفحة ملتقى الفيزيائيين العرب على تويتر
رد مع اقتباس
  #10  
قديم 16-01-2007, 14:56
الصورة الرمزية ناصر اللحياني
ناصر اللحياني
غير متواجد
المُشـــرف العـــام
أبو صــالح وجُمــانة وراشــد
 
تاريخ التسجيل: Feb 2006
الدولة: مكة المكرمة
المشاركات: 14,476
افتراضي مشاركة: كيف تعمل خلايا الوقود

موضوع رائع جدا

بارك الله فيك

وجزيت خيرا

رد مع اقتباس
اضافة رد

« الموضوع السابق | الموضوع التالي »

الذين يشاهدون محتوى الموضوع الآن : 1 ( الأعضاء 0 والزوار 1)
 
أدوات الموضوع
انواع عرض الموضوع

تعليمات المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا تستطيع إرفاق ملفات
لا تستطيع تعديل مشاركاتك

BB code is متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة

الانتقال السريع






الساعة الآن 03:42



Powered by vBulletin® Copyright ©2000 - 2019, Jelsoft Enterprises Ltd. TranZ By Almuhajir