ما هي خلية الأكسيد الصلب، ولماذا تعمل باتجاهين مختلفين؟

تُصمَّم معظم البطاريات وخلايا الوقود لأداء مهمة واحدة: تخزين الطاقة أو توليدها. أما خلية الأكسيد الصلب فتستطيع أداء المهمتين، أحياناً ضمن الجهاز الفيزيائي نفسه، ما يجعلها من أكثر الأدوات مرونة في مسار الكهرباء الأنظف والهيدروجين.

كيف تعمل

يقع في قلب خلية الأكسيد الصلب طبقة سيراميكية صلبة تنقل أيونات الأكسجين بدل الإلكتروليت السائل. عند تشغيلها باتجاه واحد، تجمع الخلية وقود الهيدروجين مع الأكسجين من الهواء، وتولّد الأيونات المتحركة عبر تلك الطبقة تياراً كهربائياً، وهو المبدأ الأساسي نفسه لخلية الوقود التقليدية. وعند تشغيلها بالاتجاه المعاكس، بتزويدها بالكهرباء بدل استخلاصها، تحلّل الخلية الماء إلى هيدروجين وأكسجين، فتعمل كجهاز تحليل كهربائي.

لماذا يهم الاتجاه

يعتمد توليد الكهرباء على ما يسميه الكيميائيون تفاعل اختزال الأكسجين، حيث يكتسب الأكسجين إلكترونات عند القطب الهوائي للخلية. أما إنتاج الهيدروجين فيعتمد بدلاً من ذلك على تفاعل تحرير الأكسجين، حيث تتحد ذرات الأكسجين وتنطلق كغاز. يحدث التفاعلان عند القطب نفسه، لكنهما خطوتان كيميائيتان مختلفتان، ولهذا لا يستطيع المهندسون دائماً افتراض أن تصميماً محسَّناً لوضع واحد سيعمل بالكفاءة نفسها في الوضع الآخر.

أين تُستخدم هذه التقنية

تظهر خلايا الأكسيد الصلب بالفعل في أنظمة طاقة ثابتة للمباني والمصانع، حيث يمكن إعادة استخدام الحرارة المرتفعة التي تنتجها موقعياً. وتُعد النسخ القابلة للعكس، القادرة على التبديل بين توليد الطاقة وإنتاج الهيدروجين ضمن الوحدة نفسها، مجال بحث نشط يهدف إلى ربط الكهرباء المتجددة بوقود هيدروجيني قابل للتخزين.