افزایش تقاضا برای گرافیت در حالی که سلول های سوخت هیدروژن در حال افزایش هستند

آینده ای را تصور کنید که در آن آسمان های شهری دیگر توسط دود های خروجی اتوبوس ها و کامیون ها تاریک نمی شوند، بلکه در عوض فقط بخار آب پاک دیده می شود.این چشم انداز داستان های علمی تخیلی نیست بلکه واقعیت در حال ظهور تکنولوژی سلول های سوخت هیدروژن استدر قلب این تحول انرژی پاک، یک ماده بی نظیر اما حیاتی قرار دارد: گرافیت.

سلول های سوخت هیدروژن یک رویکرد انقلابی برای تبدیل انرژی هستند.این دستگاه های الکتروشیمی انرژی شیمیایی را در هیدروژن به طور مستقیم به برق تبدیل می کنند.این فرآیند تمیز و کارآمد آنها را برای حمل و نقل و کاربردهای برق ثابت ایده آل می کند.

در حال حاضر، سلول های سوختی همه چیز را از فولکلفت ها تا زیردریایی ها، به عنوان منابع اصلی و پشتیبان انرژی برای ساختمان های تجاری، صنعتی و مسکونی، تقویت می کنند.گرافيت با خالصيت بالا براي سه عنصر مهم مهم شده است: صفحه های دو قطبی، لایه های پخش گاز و پشتیبانی کاتالیزور.

سلول های سوخت از طریق یک واکنش الکتروشیمیایی زیبا بین هیدروژن و اکسیژن کار می کنند. کارایی آنها به چندین عنصر مهم بستگی دارد:

• صفحه های دوقطبی:این هسته های چند منظوره برق را بین سلول ها هدایت می کنند، توزیع گرما را مدیریت می کنند و از نشت گاز جلوگیری می کنند. طراحی و مواد آنها به طور مستقیم بر عملکرد و طول عمر تاثیر می گذارد.
• لایه های انتشار گاز (GDL):این ساختارهای متخلخل به طور مساوی هیدروژن و اکسیژن را به سطح کاتالیزور توزیع می کنند و متخلخل بودن و رسانایی آنها بر بهره وری تأثیر می گذارد.
• کاتالیزورها و پشتیبانی ها:کاتالیزورهای فلزات گرانبها واکنش ها را تسریع می کنند، در حالی که پشتیبانی های گرافیت آنها حداکثر تماس با واکنش ها را افزایش می دهد و از آلودگی جلوگیری می کند.

خواص منحصر به فرد گرافیت آن را برای کاربردهای سلول سوخت ایده آل می کند:

• صفحه های دوقطبی:گرافیت با خلوص بالا باعث هدایت استثنایی و مدیریت حرارتی می شود، به ویژه در سلول های سوخت غشا مبادله پروتون (PEMFCs).
• لایه های انتشار گاز:گرافیت بر خشکی سلول تاثیر می گذارد و جریان گاز را در کل سلول بهینه می کند.
• کاتالیست پشتیبانی می کند:گرافيت فوق خالص اثربخشی کاتاليست رو به حداکثر مي رسونه در حالي که از آلوده شدن جلوگیری ميکنه

ويژگي هاي طبيعي گرافيت به طور كامل با نيازهاى سلول سوخت مطابقت دارد:

• رسانایی برق و حرارتی فوق العاده
• ثبات شیمیایی قابل توجه در محیط های خوردنی
• خواص سبک وزن که بهره وری خودرو را افزایش می دهد
• قابلیت فرسوده برای طراحی قطعات پیچیده

در حالی که سلول های سوخت صفر انتشار، بهره وری بالا و عملکرد آرام را ارائه می دهند، چالش ها همچنان باقی می مانند:

• هزینه های بالا از کاتالیزورهای فلزات گرانبها
• محدودیت های ذخیره سازی و حمل هیدروژن
• زیرساخت های سوخت گیری ناکافی

نوآوری ها در حال رفع این موانع هستند. محققان آلمانی صفحه های دو قطبی فولاد ضد زنگ با پوشش کربن را توسعه داده اند که نیاز به زره پوشاندن را از بین می برد.پروژه PEMTASTIC اتحادیه اروپا با هدف ایجاد مجموعه های الکترود غشا با قابلیت 20،000 ساعت کار در شرایط سنگین.

همکاری بین المللی در حال تسریع در استفاده از سلول های سوخت است:

• استراتژی هیدروژن اتحادیه اروپا تا سال ۲۰۳۰ هدف قرار دادن ۲ دلار برای هيدروژن پاک در هر کیلوگرم است
• ۱ میلیارد یورو در برنامه "افق اروپا" برای مشارکت های هیدروژن پاک
• ابتکارات IPCEI برای حمایت از نوآوری های زنجیره ارزش هیدروژن

همانطور که مرکز مشترک تحقیقات اشاره می کند، انتقال به انرژی پاک نیاز به پرداختن به زنجیره تامین گرافیت دارد.با وسایل نقلیه سلول سوخت که به طور بالقوه مصرف گرافیت بیشتری نسبت به تمام کاربردهای دیگر در کنار هم دارند، و بازار جهانی با رشد 20.9٪ در سال، این ماده متواضع نقش حیاتی در آینده انرژی پایدار ما خواهد داشت.