اختبار أداء خلايا الوقود

خلف كل خطوة من خلية الوقود إن رحلة التكنولوجيا من المختبر إلى العالم الواقعي الواسع تتطلب "فحصًا فيزيائيًا" دقيقًا وشاملاً، ألا وهو اختبار الأداء. فهو لا يُعدّ معيارًا حاسمًا لقياس قدرات مجموعة خلايا الوقود أو النظام فحسب، بل هو أيضًا وسيلة أساسية لفهم آلياته الداخلية ودفع عجلة التطور التكنولوجي المستمر. كل اختبار دقيق هو بمثابة حوار مع المنطق الراسخ لعلم المواد والكيمياء الكهربائية والتصميم الهندسي.

تبدأ رحلة اختبار الأداء الكاملة عادةً بـ "التنشيط". لا يقتصر الأمر على مجرد تشغيل الجهاز، بل هو عملية "إيقاظ" مُصممة بعناية. فمن خلال دورات تشغيل محددة، يتم تنشيط المواقع النشطة على سطح المحفز تدريجيًا، ويتم ترطيب غشاء تبادل البروتونات بالكامل، مما يُمكّن الخلية من الانتقال من حالة الخمول إلى مستوى أدائها الأمثل. وتمثل هذه العملية بحد ذاتها أول تحقق من سلامتها الأساسية.

بعد ذلك، تدخل عملية الاختبار مرحلتها الأساسية - اختبار منحنى الاستقطاب. يُشبه هذا إنشاء "صورة فريدة لقدرات" خلية الوقود. بدءًا من جهد الدائرة المفتوحة، يتم زيادة الحمل تدريجيًا، ويتم تسجيل كل تفاصيل تغير الجهد مع كثافة التيار. لا يوفر هذا المنحنى مؤشرات رئيسية مثل القدرة المقدرة والقدرة القصوى فحسب، بل يروي أيضًا قصصًا مختلفة من خلال كل نقطة انعطاف وتغير في الميل: ففي منطقة التيار المنخفض، قد يكشف الميل عن مستوى النشاط التحفيزي؛ بينما في منطقة التيار العالي، قد يشير الانخفاض الحاد في المنحنى إلى اختناقات في نقل كتلة غاز التفاعل أو تحديات في إدارة المياه. إنه بمثابة أول مؤشر يدل على المشكلات الأساسية.

لتشخيص الأعطال بدقة أكبر، يُستخدم اختبار مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية (EIS). يعمل هذا الاختبار كطبيب متخصص، حيث يُحدد "مقاومة" العمليات المختلفة داخل الخلية بتطبيق اضطرابات تيار متردد صغيرة. بدءًا من معاوقة الغشاء في نطاق الترددات العالية، مرورًا بمعاوقة نقل الشحنة في نطاق الترددات المتوسطة، وصولًا إلى معاوقة نقل الكتلة في نطاق الترددات المنخفضة، تُحلل نتائج الاختبار بوضوح إجمالي الفقد طبقةً تلو الأخرى، مُحددةً بدقة ما إذا كانت قيود الأداء ناتجة عن حركية التفاعل في الطبقة الحفازة، أو كفاءة نقل الكتلة في طبقة انتشار الغاز، أو موصلية الغشاء نفسه. تُوفر هذه المعلومات أساسًا مباشرًا لتحسين هياكل الأقطاب الكهربائية وتطوير تصميمات مجال التدفق.

مع ذلك، يتجاوز تقييم القدرات مجرد الأداء الأمثل. إذ تُقيّم اختبارات الاستقرار طويل الأمد والاستجابة الديناميكية قدرة التحمل والمرونة في ظروف التشغيل الواقعية. كما تُتيح مراقبة معدل انخفاض الجهد خلال مئات أو حتى آلاف الساعات من التشغيل تحت أحمال ثابتة أو متغيرة تقييم عمر النظام وجدواه الاقتصادية. في الوقت نفسه، تُحاكي اختبارات التحميل والتفريغ السريع ظروف التشغيل العابرة، مثل تسارع المركبة وصعودها، للتحقق من قدرتها على الحفاظ على خرج مستقر عند تغير متطلبات الطاقة فجأة، وهو جانب بالغ الأهمية لخلايا وقود السيارات.

لذا، فإن اختبار الأداء ليس مجرد جمع بيانات، بل هو عملية تشخيصية منهجية تربط بين ابتكار المواد والتصميم الهيكلي وأداء التطبيق النهائي. لا يقتصر كل تقرير اختبار مفصل على تحديد حدود الأداء الحالية للمنتج فحسب، بل يكشف أيضًا أسرار الجيل القادم من الإنجازات التكنولوجية. ومن خلال هذه الدورة المتكررة من الاختبار والتحليل والتحسين، تستطيع تقنية خلايا الوقود أن تتجاوز حدودها باستمرار، لتصبح أكثر موثوقية وكفاءة مع دخولها حيز الإنتاج والحياة اليومية، محولةً طاقة الهيدروجين إلى قوة دافعة للمستقبل.