علماء صينيون يطورون تصميما لخلايا الوقود بمساعدة النمذجة الرقمية
تيانجين 6 ديسمبر 2024 (شينخوا) قدم فريق بحثي من جامعة تيانجين تصميما قائما على النمذجة الرقمية لخلايا الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني كبيرة الحجم.
ويهدف هذا النهج المبتكر إلى تبسيط عمليات التطوير وخفض التكاليف وتحسين الكفاءة الشاملة في تكنولوجيا خلايا الوقود، ما يعد أمرا بالغ الأهمية لقطاع طاقة الهيدروجين، وفقا للفريق البحثي.
وتتناول الدراسة، التي نُشرت نتائجها مؤخرا في مجلة "الطاقة والعلوم البيئية"، التحديات المرتبطة بأساليب التجربة والخطأ التقليدية في تصميم خلايا الوقود، والتي غالبا ما تؤدي إلى تكاليف عالية وجداول زمنية طويلة للتطوير.
ومن خلال استخدام نهج النمذجة الرقمية الشامل، نجح الباحثون في إنشاء نموذج رقمي يدمج البيانات التجريبية لتحسين هياكل مجال التدفق داخل خلايا الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني.
وتعتبر خلايا الوقود رابع تكنولوجيا رئيسية لتوليد الطاقة بعد الطاقة الكهرومائية والطاقة الحرارية والطاقة النووية، وتحظى باهتمام كبير بسبب خصائصها النظيفة والفعالة والخالية من التلوث. على سبيل المثال، تم استخدام خلايا وقود الهيدروجين تدريجيا في سيناريوهات تطبيقية مختلفة مثل وسائل النقل العام والمركبات التجارية والصناعات البحرية نظرا لكفاءتها العالية وانبعاثاتها الصفرية.
ويواجه المصنعون المعنيون حاليا صعوبات مثل الافتقار إلى نماذج محاكاة فعالة وحلول تصميم مبتكرة، مما يعوق التقدم في مجال كثافة طاقة البطاريات والتحكم في التكاليف.
وقال جياو كوي، قائد الفريق البحثي، "إن هذه المنهجية الرقمية تسهل عمليات التحسين الهيكلي المستهدفة لخلايا الوقود ذات غشاء التبادل البروتوني وستعمل على تحسين تسويقها بشكل كبير".
وقام الفريق بإنشاء نموذج محاكاة عالي الدقة وقام بتحسين تصميم خلايا الوقود، إذ تعمل طريقتهم على تحسين الكفاءة الحسابية بمقدار 10 إلى 20 مرة مقارنة بالنماذج ثلاثية الأبعاد التقليدية، مما يتيح التطوير السريع لحلول تصميم متعددة وتقصير وقت البحث والتطوير.
وقال لي في تشيانغ، المؤلف المشارك من شركة بكين سينوهايتك المحدودة، إن تصميم خلايا الوقود بهذه الطريقة الجديدة يمكن أن يقصر وقت البحث والتطوير إلى ثلث الوقت الأصلي.
وقال العلماء إنه يمكن توسيع نطاق تطبيق الطريقة المبتكرة إلى الأجهزة الكهروكيميائية الأخرى، مثل بطاريات الليثيوم والمحللات الكهربائية.
