صعود خلايا الوقود المبردة بالهواء والمغلقة بالكاثود

مع التوسع التدريجي في تطبيقات الطاقة المنخفضة، مثل الحافلات السياحية والرافعات الشوكية والطائرات بدون طيار والمركبات ذات العجلتين، دخلت المداخن المبردة بالهواء تدريجيًا في مجال تطبيقات خلايا الوقود الشائعة. وقد جذبت المداخن المبردة بالهواء والمغلقة بالكاثود، بفضل مزاياها المتمثلة في التكيف البيئي الجيد والمتانة وسهولة الصيانة، اهتمامًا كبيرًا في مجال تقنية خلايا الوقود المبردة بالهواء، وأصبحت محط أنظار الباحثين.

الخصائص التقنية وحالة تطبيق المداخن المبردة بالهواء المغلقة بالكاثود

مداخن مبردة بالهواء يمكن تقسيمها إلى فئتين وفقًا لخصائصها الهيكلية: مفتوحة الكاثود ومغلقة الكاثود. من بينها، مدخنة الكاثود المفتوحة المبردة بالهواء: يتعرض الكاثود مباشرةً للبيئة، ويتم إدخال الهواء المحيط إلى المدخنة عبر أجهزة مثل المراوح. يعمل الهواء كمصدر لغاز التفاعل وكوسيط لتبديد الحرارة.

تتميز مدخنة التبريد بالهواء المغلقة بالكاثود بعدم اتصال الكاثود المباشر بالبيئة المحيطة، ويتم إمداد الهواء وتبديد الحرارة بشكل منفصل. عادةً ما يتطلب الأمر نظام إمداد هواء مخصص، مثل منفاخ أو ضاغط هواء، لتوفير الأكسجين اللازم للتفاعل، ويُستخدم نظام تبديد حرارة مستقل لإزالة الحرارة المتولدة أثناء تشغيل المدخنة.

بالمقارنة مع مداخن الكاثود المفتوحة المبردة بالهواء، فإن مداخن الكاثود المغلقة المبردة بالهواء أقل تأثرًا بالعوامل البيئية (مثل درجة الحرارة والرطوبة وجودة الهواء) بفضل إمداد الهواء المستقل وتبديد الحرارة. علاوة على ذلك، يمكنها إلى حد ما تجنب التأثير السلبي للهواء الملوث على عمر خدمة خلايا الوقود، مما يؤدي إلى متانة أفضل وعمر خدمة أطول.

قال مدير فني في إحدى شركات المداخن المحلية: "يعتمد أداء مداخن التبريد بالهواء المغلقة بالكاثود بشكل كبير على تصميم قنوات الغاز والمشعبات لتوزيع الهواء المُزوَّد بالتساوي". تتطلب مداخن التبريد بالهواء المغلقة بالكاثود أنظمة فرعية مُعقدة لتزويد الهواء، والتي قد تشمل ضواغط، ومرطبات، ومرشحات هواء، وغيرها. وهذا يجعلها أيضًا أقل تأثرًا نسبيًا بالظروف البيئية المحيطة، وخاصةً درجة الحرارة والرطوبة.

بالطبع، تكمن مزايا مداخن الوقود المبردة بالهواء المغلقة بالكاثود في بنيتها المعقدة نسبيًا، مما يؤدي أيضًا إلى ارتفاع تكلفتها نسبيًا مقارنةً بمداخن الوقود المبردة بالهواء المفتوحة. وكما أظهرت دراسة شركة جاوغونغ للطاقة الهيدروجينية، فإنه اعتبارًا من يونيو 2025، وفي ظل فرضية الشراء بالجملة، يتجاوز سعر خلايا الوقود المبردة بالهواء المفتوحة بالكاثود 4000 يوان صيني/كيلوواط، بينما يزيد سعر أنظمة التبريد بالهواء المغلقة بالكاثود بنسبة 30% على الأقل عن سعر الأولى.

في هذه المرحلة، تُعدّ مداخن التبريد الهوائي المغلقة بالكاثود مناسبةً للتطبيقات عالية الكثافة (أكثر من 1 أمبير/سم²). تتطلب سيناريوهات التطبيق مساحةً كافيةً لأنظمة خلايا الوقود المساعدة (أنظمة التبريد، وإمدادات الهواء، والمعالجة المسبقة)، مع نطاق قدرة نموذجي يتراوح بين 2 كيلوواط و100 كيلوواط.

بشكل عام، في هذه المرحلة، ومع توسع صناعة خلايا الوقود تدريجيًا من أنظمة المكدس المبردة بالماء عالية الطاقة المستخدمة في المركبات التجارية وسيارات الركاب إلى أنظمة المكدس المبردة بالهواء ذات الطاقة الصغيرة والمتوسطة مثل طائرات بدون طيارمع بدء توسع سوق خلايا الوقود المغلقة المبردة بالهواء، وخاصةً الرافعات الشوكية والمركبات ذات العجلتين، بدأ توسع سوق خلايا الوقود المغلقة المبردة بالهواء للتو. ويبقى أن نرى ما إذا كانت ستستحوذ على حصة سوقية أكبر بفضل مزاياها. ومن منظور اتجاهات التطور التكنولوجي المستقبلية، ينبغي أن تركز الأبحاث المستقبلية حول خلايا الوقود المغلقة المبردة بالهواء على تقليل أنظمة الدعم لتقليل تعقيد النظام ككل، وحمله الزائد، ومساحة الأرضية، بالإضافة إلى إدارة النظام والتحكم فيه لتحقيق الأداء الأمثل.