راهکار محققان کشور در افزایش عملکرد پیل‌های سوختی

 دکتر خدیجه هوشیاری مجری طرح با تاکید بر این که این تحقیقات در راستای توسعه غشاهای پلیمری دما بالا است، گفت: بر این اساس مطالعات خود را در این زمینه ازحدود 7 سال قبل شروع کردیم و این تحقیقات در دوره دکتری نیز ادامه یافت.

وی با اشاره به نقش پیل‌های سوختی در تامین انرژی جهان، افزود: در قرن بیست و یکم نیاز فوری به تولید انرژی با حفاظت محیط زیست است از این رو پژوهش‌های گسترده‌ای در کسب فناوری‌های تبدیل انرژی مانند پیل‌های سوختی صورت گرفت.

هوشیاری که از میان پیل‌های سوختی، نوع پلیمری به علت عملکرد بهتر (توان تولید یبیشتروعمرکاری بالاتر) توانسته است به عنوان یک منبع تولید انرژی پاک نقش پررنگ‌تری را در کارهای تحقیقاتی و صنعتی ایفا کند، یادآور شد: یکی از مشکلات فعلی پیل‌های سوختی بر پایه غشاهای نفیون، کاهش شدید عملکرد آنها در دمای بالای 80 درجه سانتی‌گراد است از این رو توسعه غشاهایی با قابلیت کاربرد در دماهای بالا و در شرایط خشک امری ضروری در توسعه پیل‌های سوختی پلیمری دما بالا بشمار می رود.

مجری طرح، غشای«پلی بنزایمیدازول» دوپ شده با اسید فسفریک را به دلیل پایداری حرارتی بالا و مکانیسم رسانایی پروتونی خاص، را بهترین نوع غشای پلیمری دما بالا توصیف کرد و ادامه داد: در این پروژه برای اولین بار در سطح ملی و بین المللی غشاهای کامپوزیتی جدید جایگزین نفیون تجاری بر پایه پلی بنزایمیدازول و مایعات یونی دی کاتیون تهیه شد.

وی هدف از این تحقیقات را بومی سازی این غشاها و کاهش هزینه‌ها ذکر کرد و ادامه داد: غشاهای کامپوزیتی تهیه شده در این پروژه، غشاهای مبادله کننده پروتون با رسانایی پروتونی بالا، پایداری حرارتی وعملکرد پیل سوختی بالا است که در پیل‌های سوختی پلیمری دما بالا به کار برده می‌شود.

هوشیاری با تاکید بر این که از غشاهای کامپوزیتی تهیه شده در این پروژه می‌توان در صنعت خودرو سازی و تولید همزمان برق و حرارت به جای موتورخانه‌های فعلی استفاده کرد، یادآور شد: تولید همزمان برق و حرارت، می تواند علاوه بر افزایش بازده و کاهش مصرف سوخت، باعث کاهش انتشار گازهای آلاینده و گلخانه‌ای شود. ساختمان‌های تجاری، دانشگاه‌ها، مجتمع‌های بیمارستانی  و اماکن دولتی کاندیداهای مناسبی برای بهره گیری از سیستم‌های تولید همزمان برق و حرارت هستند.

وی به جنبه نوآوری این طرح تحقیقاتی اشاره کرد و گفت: در این پروژه تحقیقاتی از مایعات یونی دی کاتیون به عنوان افزودنی جهت توسعه غشاهای پلیمری پایه پلی بنزایمیدازول جهت کاربرد در پیل‌های سوختی پلیمری دما بالا استفاده کردیم. در تحقیقات قبلی برای توسعه غشاهای پلیمری از مایعات یونی مونوکاتیون استفاده شده است.

به گفته این محقق، مایعات یونی دی کاتیون به دلیل دانسیته بار زیاد نسبت به مایعات یونی مونوکاتیون منجر به افزایش مسیرهای انتقال پروتون و حفظ بیشتر اسید فسفریک در غشای پلی بنزایمیدازول می‌شود. افزایش پایداری حرارتی غشای پلی بنزایمیدازول دوپ شده با اسید فسفریک جهت کاربرد در دماهای بالا از دیگر مزایای مایعات یونی دی کاتیون است.

این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر به جزئیات این تحقیقات اشاره و اظهار کرد: در این مطالعات ما از مایعات یونی دی کاتیون پایه کاتیون بیس متیل ایمیدازولیوم استفاده کردیم و توانستیم در حضور ترکیبات مزوپور غشاهای کامپوزیتی با عملکرد پیل سوختی بالا  تهیه کنیم.

وی عملکرد پیل سوختی با استفاده از این غشا را حدود540 میلی وات برسانتی‌مترمربع در دمای 180 درجه سانتی‌گراد ذکر کرد و افزود: این مقدار نسبت به تحقیقات انجام شده بسیار قابل توجه است و نشان دهنده پتانسیل بالای این غشاها جهت بومی سازی این غشاها در کشور در راستای توسعه تکنولوژی پیل سوختی در کشور است.

وی با تاکید بر این که در تولید این غشا از نانو فناوری بهره برده شد، توضیح داد:. در این پروژه از مزوپورهای سیلیکا که با گروه‌های فنیل سولفونیک اسید عامل‌دار شده است، به منظور حفظ بیشتر مایعات یونی دی کاتیون در ساختار غشاهای کامپوزیتی بر پایه پلی بنزایمیدازول و افزایش عملکرد پیل سوختی این غشاها استفاده شد. این مزوپور دارای حفره‌هایی در اندازه 4 نانو متراست.

هوشیاری، با بیان این که مرحله آزمایشگاهی تولید این غشاها با موفقیت به پایان رسیده و مرحله نیمه صنعتی کردن این غشاها در مرحله اجرا است، ادامه داد: چشم انداز ما این است که طی چند سال آینده با حمایت دولت و سازمان‌های مربوط، با توجه به پتانسیل بالای نیروی علمی جوان در کشور و وجود دانش فنی تهیه این غشاها، بتوانیم این غشاها را در مرحله صنعتی شدن پیش ببریم و گامی موثر در توسعه تکنولوژی پیل سوختی در کشوربرداریم.

هوشیاری، با تاکید بر ضرورت توسعه پیل‌های سوختی در کشور، یادآور شد: این غشاها نسبت به غشای نفیون تجاری دارای هزینه تولید کمتری است از این رو لازم است به تاثیرصنعت پیل سوختی در اقتصاد کشور پرداخته شود.

مجری طرح ظهورتکنولوژی پیل سوختی را عامل تحول در صنعت انرژی جهان دانست و گفت: این فناوری تأثیرات‌ عمیقی بر اقتصاد وابسته به نفت کشور خواهد بود از این رو سرمایه‌گذاری در فناوری پیل سوختی راه حل رفع معضل آلودگی هوا، کاهش مصرف سوخت، افزایش سطح تکنولوژی در کشور، ایجاد اشتغال و در نهایت حرکت جهش‌وار در جهت کاهش فاصله کشور از کشورهای صنعتی و جذب نیروهای متخصص داخل و خارج از کشور است.

وی استفاده از نانو فناوری دراین غشاها را موجب افرایش طول عمر پیل سوختی دانست و اضافه کرد: نتایج این تحقیقات به صورت مقالات علمی در مجلات بین المللی ElectrochimicaActa و International Journal of Hydrogen Energy به چاپ رسیده و همچینن یک ثبت اختراع داخلی چاپ شده و یک ثبت اختراع بین المللی (US Patent) نیز در مرحله داوری است.

این تحقیقات در قالب پایان‌نامه دکتری خدیجه هوشیاری دانش آموخته گرایش شیمی کاربردی با عنوان «تهیه و بررسی غشا الکترولیت پلیمری دما بالا بر پایه پلی بنزایمیدازول و مایعات یونی جهت کاربرد در پیل‌های سوختی» اجرایی شده است. نتایج این تحقیقات با راهنمایی دکترمهران جوانبخت از اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر مینا ادیبی از پژوهشگاه صنعت نفت بدست آمد.