يقصد بمفهوم خلايا الوقود ( fuel cell ) بأنها جهاز يستخدم في توليد الكهرباء عن طريق تفاعل كيميائي بين الهيدروجين و الاكسجين ينتج عنه توليد كلٍ من الكهرباء، و الحرارة، و الماء.
و تعد مصدراً من مصادر الطاقة النظيفة التي لا ينتج عنها أي ملوثات للبيئة، و لا تحتاج إلى إعادة شحنها بشكل دوري مثل البطاريات، و إنما تعمل طالما أن هناك مصدر طاقة موصول بها.
أشهر أنواع خلايا الوقود
• خلايا وقود غشاء البوليمر (Polymer electrolyte membrane (PEM)) تسمى هذه الخلايا أيضاً باسم خلايا غشاء تبادل البروتينات، و تتميز هذه الخلايا بأنها ذات طاقة عالية و وزن منخفض و حجم صغير مقارنة بباقي الخلايا الأخرى، و تعتمد هذه الخلايا على البوليمر الصلب كإلكتروليت، و تستخدم أيضًا أقطاب كربون تحتوي على محفز من البلاتين و تستخدم هذه الخلايا في تطبيقات النقل، مثل تشغيل السيارات و الشاحنات الثقيلة.
• خلايا الميثانول المباشر (Direct methanol fuel cells) تعمل معظم خلايا الوقود بواسطة غاز الهيدروجين الذي يغذي النظام مباشرة بالوقود، بينما تعمل هذه الخلايا بواسطة الميثانول النقي الذي يخلط بالماء و يغذي أنود الخلية بشكل مباشر ،و تمتاز تلك الخلايا بكثافة طاقتها العالية و سهولة نقل الميثانول مقارنة بالهيدروجين لأنه سائل، و تستخدم هذه الخلايا في الهواتف المحمولة أو أجهزة الحاسوب المحمول.
• خلايا الوقود القلوية (Alkaline fuel cells (AFCs)) تعد من أوائل الأنواع التي تم تطويرها، إذ كانت مستخدمة على نطاق واسع في برنامج الفضاء الأمريكي لإنتاج الطاقة الكهربية و المياه على متن المركبات الفضائية، و تستخدم هذه الخلايا محلول هيروكسيد البوتاسيوم كإلكتروليت ، و في السنوات الأخيرة أصبحت تشبه في عملها خلايا غشاء البولمر باستثناء أنها تستخدم غشاء قلويًا بدلًا من الغشاء الحمضي المستخدم في خلايا البوليمر، و قد أظهرا كفاءة تتجاوز 60% في تطبيقات الفضاء.
• خلايا وقود حمض الفسفوريك (Phosphoric acid fuel cells (PAFCs)) يعد هذا النوع من الخلايا الحديثة و هو من أكثر الخلايا المستخدمة تجاريًا، و يستخدم فيه حمض الفسفوريك كإلكتروليت بالإضافة لأقطاب من الكربون المسامية تحتوي على محفز بلاتيني، و تستخدم في نطاق محدود مثل حافلات النقل نتيجة لثقل وزنها و ارتفاع تكلفتها مقارنة بباقي الأنواع الأخرى.
• خلايا وقود الكربونات المنصهرة (Molten carbonate fuel cells (MCFCs)) تستخدم هذه الخلايا إلكتروليت من ملح الكربونات المنصهر يوضع بداخل إطار من أكسيد ألومنيوم اللثيوم الخامل كيميائيًا، و تعمل هذه الخلايا عند درجة حرارة عالية جدًا تبلغ حوالي 650 درجة مئوية، و يتم تطوير هذه الخلايا لاستخدامها في محطات الغاز الطبيعي ومحطات إنتاج الكهرباء باستخدام الفحم، و التطبيقات الصناعية و العسكرية المختلفة.
• خلايا وقود الأكسيد الصلب (Solid oxide fuel cells (SOFCs)) تستخدم هذه الخلايا إلكتروليتًا من الخزف الصلب، و تعمل عند درجة حرارة مرتفعة جدًا تصل إلى 1000 درجة مئوية، مما يؤدي إلى تقليل التكلفة نتيجة لعدم احتياج محفزٍ من المعادن الثمينة ،و تصل كفاءة إنتاج الطاقة الكهربية من هذه الخلايا إلى 60%، و يمكن أن تصل لنحو 85% في التطبيقات المصممة لالتقاط و استخدام الحرارة المهدورة في النظام.
