استفاده از فناوری نانو در ساخت پیل سوختی

محققان دانشگاه علم و صنعت ایران نانوکاتالیست‌هایی را سنتز کرده‌اند که می‌تواند هزینه ساخت پیل‌های سوختی را تا حد قابل قبولی کاهش دهد. در ساخت این نانوکاتالیست از پلاتین هیچ استفاده‌ای نشده، اما توانسته به فعالیت قابل قبولی نسبت به کاتالیست‌های پلاتینی رایج و مرسوم دست پیدا کند.

کد خبر: ۱۸۰۶۳۳

تاریخ: ۰۲ آبان ۱۳۹۶ - ۰۸:۳۴

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ریاست جمهوری، برای صنعتی شدن پیل‌های سوختی، به عنوان یک انرژی پایدار، مسئله‌ اقتصادی در تولید این نوع سیستم‌ها باید بهینه‌سازی شود. عموماً در ساخت این پیل‌ها، از فلز گران‌قیمت و کمیاب پلاتین استفاده می‌شود که حدود سی درصد کل هزینه‌های پیل سوختی را به خود اختصاص می‌دهد.
به گفته‌ حسنا قنبرلو محقق دانشگاه علم و صنعت ایران، این کار تحقیقاتی با هدف کاهش هزینه‌ها در پیل‌های سوختی دما پایین که در حوزه انرژی‌های تجدید پذیر شناخته شده هستند، صورت گرفته است.
وی پیشنهاد این طرح برای حل دستیابی به این هدف را چنین عنوان کرد: راهکار کاربرد پیل‌های سوختی در صنعت، استفاده از کاتالیست‌های عاری از پلاتین است. البته این کاتالیست‌ها باید با داشتن فعالیتی برابر یا بیشتر از پلاتین و همچنین پایداری و طول عمر مناسب، بتوانند در رقابت با عملکرد پلاتین پیشی بگیرند.
قنبرلو در ادامه افزود: از جمله مواد نانوساختاری که تاکنون توانسته‌اند چنین عملکردی داشته باشند، نانوساختارهای نیتروژن‌دهی شده مثل گرافن و نانولوله‌های کربنی هستند که در ترکیب با فلزات ارزان قیمت استفاده می‌شوند. به همین دلیل در پروژه‌ حاضر کاتالیست پایه گرافنی نیتروژن دهی شده توسط یک روش سولووترمال سنتز شد و فلزات آهن و کبالت روی این پایه‌ نانوساختار توسط روش پلی یول ته نشین سازی شدند. این روش ته نشین سازی، موجب پخش بهینه‌ نانوذرات روی پایه کربنی نسبت به روش‌های مرسوم شده که خود نقش زیادی در افزایش فعالیت کاتالیست سنتز شده دارد.
وی با اشاره به این که دلیل استفاده از پلاتین واکنش کند احیای اکسیژن در الکترود کاتد پیل‌های سوختی پلیمری است، عنوان کرد: ما در این طرح به کمک نانوکاتالیست سنتز شده توانستیم با وجود حذف فلز پلاتین، به یک فعالیت قابل قبول برای انجام واکنش احیای اکسیژن در الکترود کاتد پیل سوختی برسیم. هم چنین به دلیل اینکه هم در بخش سنتز پایه گرافنی نیتروژن دهی شده و هم ته نشین سازی فلزات از روش‌های ساده و کم هزینه استفاده شده، هزینه‌های تولید نانوکاتالیست نیز تا حد زیادی کاهش یافته است. علاوه بر آن، نانوکاتالیست سنتز شده دارای پایداری خیلی بیشتری نسبت به کاتالیست‌های پلاتینی رایج است که سریعاً در الکترولیت حل می‌شوند. از طرفی این نانوکاتالیست در برابر عبور سوخت انعطاف بالایی از خود نشان می‌دهد و مشکل مسمومیت با منوکسید کربن و اختلال در اثر عبور سوخت و متانول را ندارد.

دانشجوی دکترای مهندسی شیمی دانشگاه علم و صنعت ایران تصریح کرد: پیل‌های سوختی دما پایین (مثل پیل سوختی غشای تبادل پروتون) در صنعت حمل و نقل و صنعت خودرو کاربرد دارند. این منابع انرژی که از سوخت هیدروژن استفاده می‌کنند، پایدار هستند و تا زمانی که تأمین سوخت برای این سیستم‌ها انجام شود، می‌توانند انرژی الکتریکی مورد نیاز خودرو و سایر وسایل الکترونیکی قابل حمل و نقل را تأمین کنند. لازم به ذکر است که فناوری انرژی پیل سوختی جزو انرژی‌های پاک و تجدید پذیر به شمار می‌رود و در صورت استفاده از آن در صنعت خودرو، آلاینده‌های زیست محیطی به شدت کاهش می یابند.
در این طرح آزمون‌های تعیین مشخصات الکتروشیمیایی در سیستم سه الکترودی، شامل آزمون‌های ولتامتری چرخه‌ای، ولتامتری خطی روبشی و آزمایش‌های کرونوآمپرومتری و امپدانس الکتروشیمیایی استفاده شده است.طول عمر و پایداری بالاتر نسبت به کاتالیست‌های پلاتینی رایج از دیگر مزیت‌های این گونه از پیل های سوختی است.
حسنا قنبرلو- دانشجوی دکترای مهندسی شیمی دانشگاه علم و صنعت ایران- دکتر سوسن روشن ضمیر- عضو هیأت علمی دانشگاه علم و صنعت و ایران- در انجام این طرح فعالیت داشته‌اند. نتایج این کار در مجله‌Journal of Power Sources با ضریب تأثیر 6/1 (جلد 273، سال 2015، صفحات 981 تا 989 ) به چاپ رسیده است.