معهد فراون هوفر الألماني يطوّر تقنية تشخيص فوري لأجهزة الهيدروجين تدعم اختبار المعاوقة الديناميكية حتى 30 أمبير

أخبار ar.wedoany.com، في 10 سبتمبر، أعلن معهد فراون هوفر لتقنيات التصنيع والمواد المتقدمة (Fraunhofer IFAM) في ألمانيا أن تقنية تشخيص مطيافية المعاوقة الديناميكية لديه قد توسّعت من القياسات المخبرية إلى نطاقات تيار أقرب إلى التطبيق العملي، مما يتيح إجراء تحليل فوري للحالة أثناء التشغيل المستمر للمحللات الكهربائية وخلايا الوقود. ويمكن للنظام حالياً تركيب إشارات اختبار متعددة الترددات على تيار تشغيل يصل إلى 30 أمبير كحد أقصى، وحساب تغيرات المعاوقة في الوقت الفعلي، وذلك لتحديد تدهور الأداء في الأقطاب والأغشية وأسطح التلامس وعمليات نقل الكتلة، مما يوفر أساساً بيانياً لمراقبة حالة المعدات والصيانة التنبؤية.

عادةً ما تتطلب اختبارات مطيافية المعاوقة التقليدية دخول المعدات في ظروف تشغيل مستقرة أو حتى إيقاف التشغيل الطبيعي مؤقتاً، مما يصعّب تسجيل التغيرات الديناميكية للمحللات الكهربائية وخلايا الوقود في ظل تقلبات مصادر الطاقة المتجددة بشكل كامل. تتمثل الطريقة الجديدة التي طورها Fraunhofer IFAM في تركيب إشارات اختبار متعددة الترددات ذات سعة صغيرة على تيار العمل الطبيعي للمعدات، مع التسجيل المستمر لاستجابة التيار والجهد، ثم حساب المعاوقة المركبة المرتبطة بالتردد. ويمكن لكل نطاق ترددي أن يقابل على حدة تفاعلات الأقطاب، وانتقال الأيونات عبر الغشاء، والتلامس الكهربائي، وعمليات إمداد المواد المتفاعلة، مما يتيح تحديد موقع انخفاض الأداء الكلي للمعدات بدقة أكبر وربطه بمكونات أو مراحل تشغيل محددة.

يتمثل أحد التطورات الرئيسية في هذه التقنية في توسيع نطاق مطيافية المعاوقة الديناميكية من المقياس المخبري السابق إلى مستويات تيار أعلى. ويمكن حالياً تركيب إشارات الاختبار على تيار تشغيل يصل إلى 30 أمبير كحد أقصى، مع توليد تغيرات مطيافية المعاوقة في الوقت الفعلي من خلال معالجة البيانات عبر الإنترنت. وأفاد فريق البحث بأن ذلك يجعل من الممكن إجراء قياسات مستمرة للأنظمة الكهروكيميائية ذات الأحجام الأكبر أثناء التشغيل الديناميكي، ويمكن دمج نتائج القياس مع تغيرات الضغط ودرجة الحرارة وأنظمة المواد المختلفة للتحليل.

فيما يتعلق بتحديد الأعطال، يمكن استخدام تغيرات مطيافية المعاوقة بمرور الوقت للحكم على أنواع مختلفة من التدهور. فإذا استمر مكون معاوقة معين في الارتفاع، فقد يشير ذلك إلى تدهور تفاعلات الأقطاب أو التآكل أو انخفاض جودة التلامس الكهربائي؛ بينما يمكن أن ترتبط تغيرات خصائص الطور بشكل أكبر بتقادم الغشاء أو خلل في إدارة المياه أو تقييد نقل الكتلة. ومن خلال التتبع المستمر لهذه المعلمات، يمكن للنظام تحديد الاتجاهات غير الطبيعية قبل حدوث انخفاض واضح في القدرة أو توقف المعدات بسبب الأعطال، وبناءً على ذلك جدولة أعمال الصيانة.

يخطط Fraunhofer IFAM لتوصيل نظام التشخيص هذا مباشرةً بنظام التحكم في المعدات أو نظام إدارة الطاقة الخاص بالمحللات الكهربائية وخلايا الوقود. وتشمل التطبيقات الرئيسية المستهدفة حالياً خلايا الوقود من نوع PEM والمحللات الكهربائية القلوية، حيث يمكن للمشغلين الحصول على بيانات حالة صحة المعدات بشكل مستمر، وبناءً عليها تعديل استراتيجيات الحمل ودورات الصيانة ومعلمات التشغيل. كما يخطط فريق البحث لدمج بيانات المعاوقة الفورية مع نماذج الذكاء الاصطناعي، لتمكين نظام التشخيص من التكيف مع تغيرات الظروف الخارجية مثل درجة الحرارة والضغط وكذلك مواد الأقطاب والأغشية الجديدة.

لا تزال هذه التقنية في مرحلة توسيع تقنيات الكشف والتشخيص نحو التطبيق الصناعي، وليست مشروعاً جديداً لإنتاج المحللات الكهربائية أو خلايا الوقود. وتتمثل النقطة الجديدة الرئيسية في هذه المرة في أن مطيافية المعاوقة الديناميكية قد حققت الاختبار عبر الإنترنت في ظروف تشغيل تصل إلى 30 أمبير كحد أقصى، وأصبحت تمتلك الأساس التقني للتكامل في أنظمة التحكم بالمعدات. كما يعمل منظومة Fraunhofer حالياً على تعزيز البحوث المتعلقة بالمراقبة الفورية للمحللات الكهربائية وتشخيص تدهور المواد والصيانة التنبؤية، مع التركيز في الاتجاه الصناعي على تقليل التوقفات غير المخططة وإطالة عمر المعدات الكهروكيميائية.