کتاب ۱۳ فصلی عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد چگونه به «وایلی» آمریکا رسید؟

خبرگزاری علم و فناوری آنا؛ کتاب «سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون: روش‌های الکتروشیمیایی و دینامیک سیالات محاسباتی» توسط امید مرادی دانشیار شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرقدس و عضو دو درصد دانشمندان برتر جهان با همکاری دو عضو هیئت علمی دانشگاه‌های هند، شامل ۱۳ فصل و ۴۲۳ صفحه توسط انتشارات بین‌المللی وایلی آمریکا در فوریه ۲۰۲۳ به چاپ رسیده است.

انتشارات وایلی آمریکا یکی از معتبرترین انتشارات جهان در زمینه چاپ کتاب‌های علمی و تخصصی در موضوعات مختلف است.

مرادی یکی از استادان برجسته واحد شهرقدس و کشور به حساب می‌آید که از نظر حسن اخلاق و از بعد فرهنگی نیز یکی از استادان نمونه است. او توانسته در مدت زمانی که به‌عنوان عضو هیئت علمی واحد شهرقدس فعالیت کرده، افتخارات متعددی را برای جامعه علمی کشور و دانشگاه آزاد اسلامی مانند مسئولیت مجله نانوساختار در شیمی (انتشارات اشپیرنگر) با بالاترین IF در کشور در چند سال متوالی گذشته به عنوان دانشمند ۲ درصد کسب کند. این استاد دانشگاه نقش مهمی در بالابردن رتبه بین‌المللی واحد شهرقدس و دانشگاه آزاد اسلامی در تولید علم داشته است.

مؤلف کتاب کتاب «سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون: روش‌های الکتروشیمیایی و دینامیک سیالات محاسباتی» در گفت‌وگو با خبرنگار خبرگزاری علم و فناوری آنا اظهار کرد: پیل سوختی غشاء مبادله پروتون که به آن پیل سوختی با غشاء پلیمری (PEMFC) هم گفته می‌شود، یک نوع پیل سوختی است که علاوه بر کاربرد‌های ساکن و متحرک اساساً در کاربرد‌های حمل و نقل از آن استفاده می‌شود.

وی ادامه داد: وجه تمایز آنها شامل محدوده پائین‌تر دما و فشار (۵۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد) و یک غشاء پلیمری ویژه رسانش پروتون است. PEMFC‌ها برق تولید می‌کنند و عملکردشان عکس عمل الکترولیز که برق مصرف می‌کند، است و آنها یک نامزد پیشتاز برای جایگزینی پیل‌های سوختی قلیائی هستند که در شاتل فضائی استفاده می‌شوند.

دانشیار شیمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرقدس اضافه کرد: «سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون: روش‌های الکتروشیمیایی و دینامیک سیالات محاسباتی» برای ارائه تکنیک‌های تجربی و محاسباتی است که برای درک بهتر از پدیده‌های داخل PEMFC‌ها استفاده می‌شود. آخرین موادی که برای کاربرد‌های الکترود و غشاء که اکنون تحقیقات زیادی در حال انجام آنها بوده، بررسی شده است. الکترولیت PEMFC باید به‌صورت جامد باشد؛ چراکه کاربرد قابل حمل هیدروژن بسیار خطرناک است. همچنین مدل‌های دینامیک سیالات محاسباتی موفق می‌تواند تا به محققین کمک کنند تا پدیده‌هایی را که به صورت تحلیلی قابل درک نیستند، درک کند.

مؤلف کتاب کتاب «سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون: روش‌های الکتروشیمیایی و دینامیک سیالات محاسباتی» بیان کرد: این کتاب باید برای مهندسان، محیط‌بانان، برنامه‌ریزان سیاست دولتی، سازمان‌های غیردولتی، استادان، محققان، دانشجویان دانشگاه‌ها و آزمایشگاه‌هایی که به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم با PEMFC مرتبط هستند و برای اکثر دستگاه‌های با رویکرد انرژی پاک می‌تواند نزدیک مفید واقع باشد.

امیدی با بیان اینکه کتاب حاضر شامل چند فصل است، توضیح داد: نخستین فصل کتاب، کاربرد‌های ثابت و قابل حمل PEMFC‌ها را نشان می‌دهد. سلول‌های هیدروژن، الکل و میکروبی برای کاربرد‌های موجود ارائه شده‌اند. علاوه بر این، کاربرد‌های میکرو پیل سوختی گنجانده شده است. در فصل دوم استفاده از اکسید گرافن به‌عنوان یک ماده غشای تبادل پروتون مورد بحث قرار می‌گیرد. استفاده از غشا‌های اکسید گرافن اصلاح شده در سلول‌های سوختی برای افزایش رسانایی پروتون به تفصیل گزارش شده است. روش‌های سنتز غشا‌های اکسید گرافن و تکنیک‌های مشخص‌سازی مورد بحث قرار گرفته است.

وی تأکید کرد: فصل سوم روند پیشرفت گرافن و نانوکامپوزیت‌های آن را در سلول‌های سوختی مبتنی بر غشاء مورد بحث قرار می‌دهد. درک مشخصه‌یابی گرافن، آینده‌نگری در نانوکامپوزیت‌های گرافن به‌عنوان غشاء برای فناوری پیل سوختی و تأثیر آنها بر عملکرد PEMFCs نیز ارائه شده است. فصل چهارم غشا‌های مبتنی بر نانولوله کربنی برای PEMFC‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهد. علاوه بر این، نقش نانولوله کربنی نسبت به PEMFC مورد بحث قرار گرفته است. مقالات تحقیقاتی گزارش شده مختلف، بررسی شده و سازوکار و کارایی آن‌ها نیز مورد بحث قرار گرفته است.

**مزایا، معایب و عملکرد روش آماده‌سازی غشای تبادل پروتون 

مؤلف کتاب کتاب «سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون: روش‌های الکتروشیمیایی و دینامیک سیالات محاسباتی» عنوان کرد: در فصل پنجم نانوافزونه‌های متنوع و ماتریس‌های پلیمری مورد استفاده در آماده‌سازی غشای تبادل پروتون نانوکامپوزیت برای سلول‌های سوختی بررسی شده است. پایداری حرارتی، پایداری شیمیایی و ظرفیت جذب آب غشا‌ها به تفصیل مورد بحث قرار گرفته و تمرکز اصلی بر رسانایی پروتون غشا‌های نانوکامپوزیت با تغییر در ترکیب درصد نانوافزودنی‌ها است.

امیدی تبیین کرد: فصل ۶ پیشرفت و دستاورد‌های مختلف تحقیقاتی را مورد بحث قرار می‌دهد. غشا‌های کامپوزیت معدنی-آلی برای PEMFC‌ها تمرکز اصلی ویژگی‌ها، مزایا، اصول طراحی و رابطه بین پرکننده‌های معدنی مختلف و خواص غشا‌های تبادل پروتون مرکب را روشن کرده است. برای توسعه آینده نیز پیش‌بینی شده است.

وی یادآور شد: فصل هفتم کتاب، بررسی اجمالی مطالعات پژوهشی حاضر در حال انجام است. کامپوزیت‌های ترموست برای کاربرد‌های صفحه دوقطبی تأثیر پرکننده‌های رسانای مختلف و پارامتر‌های روش‌های ساخت بر روی خواص صفحات دوقطبی کامپوزیتی مبتنی بر ترموست به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است، این فصل همچنین شامل تئوری‌های هدایت الکتریکی و خصوصیات صفحات دوقطبی مبتنی بر کامپوزیت پلیمری است.

مؤلف کتاب کتاب «سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون: روش‌های الکتروشیمیایی و دینامیک سیالات محاسباتی» تشریح کرد: فصل هشتم درباره استراتژی‌های طراحی مختلف چارچوب‌های فلزی-آلی برای PEMFC‌ها و عملکرد آنها در ماتریس‌های مختلف بحث می‌کند. این فصل عمدتاً بر مزایا، محدودیت‌ها و کاربرد‌های آتی طرح‌های موجود چارچوب‌های فلزی-آلی شرح داده شده در ادبیات تمرکز دارد.

امیدی متذکر شد: فصل ۹ بر تحقیق در مورد مواد غشای تبادل پروتون مبتنی بر پلیمر‌های فلوئوردار تمرکز دارد. فرآیند آماده‌سازی، پروتکل‌های مصنوعی و خواص مواد مختلف غشای فلوئوردار به دستیابی به سازگاری مؤثر سلول‌های سوختی مورد بحث قرار گرفته و توجه ویژه با توجه به سنتز غشا‌های فلورینه پلی (آریل اتر سولفون) الیگومر سولفوناته متقابل به‌عنوان غشای بالقوه در ساخت PEMFC‌ها داده شده است.

وی افزود: فصل ۱۰ دسته‌های مختلف مواد PEMFC را مورد بحث قرار می‌دهد و مزایا، معایب و عملکرد هر روش آماده‌سازی غشای تبادل پروتون را با جزئیات در نظر و تعریف پیل سوختی، طبقه‌بندی‌ها، پیشینه تاریخی و کاربرد‌های آن توضیح داده شده است. پارامتر‌های حیاتی برای توصیف آن‌ها نیز مورد بحث قرار گرفته است.

مؤلف کتاب کتاب «سلول‌های سوختی غشای تبادل پروتون: روش‌های الکتروشیمیایی و دینامیک سیالات محاسباتی» مطرح کرد: فصل ۱۱ به جزئیات خواص غشای Nafion که پرکاربردترین و مورد تحقیق‌ترین غشای تبادل پروتون است، می‌پردازد. در طول این فصل، مدل‌های ساختاری و حمل‌ونقل مرتبط‌تر به طور کامل مورد بحث قرار گرفته و با بهبود عملکرد پیل‌های سوختی مرتبط هستند. علاوه بر این، نتایج مرتبط از مطالعات و نویسندگان مختلف خلاصه شده است.

امیدی خاطرنشان کرد: فصل ۱۲ اصول اولیه پیل‌های سوختی و انواع آن‌ها را مورد بحث قرار می‌دهد. علاوه بر این، اصل کار و کاربرد آن‌ها نیز به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است. تمرکز اصلی برای برقراری ارتباط با PEMFC‌ها و نوع غشا‌های الکترولیت پلیمری جامد همراه با کاربرد‌های آنهاست.

وی گفت: فصل ۱۳ هم بر شبیه‌سازی CFD و مدل‌سازی ریاضی پدیده‌های حمل و نقل در PEMFC‌ها تمرکز دارد. اثرات پیکربندی میدان جریان و پارامتر‌های عملیاتی بر عملکرد PEMFC‌ها مورد بحث قرار می‌گیرد. نرم‌افزار‌ها و کد‌های مختلفی مانند ANSYS Fluent، COMSOL، lattice Boltzmann و OpenFOAM برای شبیه‌سازی PEMFC‌ها بررسی می‌شوند.