افزایش کارایی پیل‌های سوختی به کمک نانوکاتالیست‌ها

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از روابط عمومی ستاد نانو، استفاده از پیل‌های سوختی، قابلیت تولید انرژی بدون ایجاد آلودگی‌های زیست‌محیطی را فراهم می‌کند.

با توجه به پیشرفت سریع فناوری و ناگزیر بودن انسان در استفاده از منابع انرژی، آلودگی‌های بیش از حد در محیط زیست ایجاد شده و منابع انرژی کاهش یافته است. در این وضع ابداع و توسعه منابع جدید انرژی به جای سوخت‌های فسیلی، امری اجتناب‌ناپذیر است؛ بنابراین در سال‌های اخیر استفاده از پیل‌های سوختی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

پیل‌های سوختی کاربردهای وسیعی دارد و می‌توانند به صورت ثابت (لوازم خانگی) و متحرک (اتوبوس، ماشین‌ها و غیره) مورد استفاده قرار گیرند.

به گفته دکتر علیرضا نظامزاده اژیه، در این تحقیق تلاش شده است تا از الکترودهای ارزان قیمت خمیر کربن و اصلاح آنها به کمک حدواسط‌های مناسب، کاتالیست‌های مناسبی برای استفاده در پیل‌های سوختی متانولی ساخته شود.

در پیل‌های سوختی متانولی، انرژی الکتریکی به وسیله اکسایش الکتروشیمیایی متانول به دست می‌آید. این فرایند تولید انرژی با تولید آب، آلودگی به محیط زیست وارد نمی‌کند.

همچنین متانول، نسبت به سیستم‌های پلیمر لیتیم و هیدروژن، دارای دانسیته انرژی بالاتری است که باعث می‌شود برای زمان بیشتری انرژی الکتریکی تولید کند و توانایی شارژ آنی را نیز داشته باشد.

نظامزاده اژیه در ادامه به اهمیت ساخت این کاتالیست اشاره کرد و افزود: «در پیل‌های سوختی متانولی، هر چه متانول راحت‌تر اکسید شود، کارایی پیل افزایش می‌یابد. اما مشکلاتی مانند روند کند اکسایش متانول و آلودگی سطح الکترودهای معمولی، باعث شده است که ساخت و به‌کارگیری کاتالیست‌های جدید برای جبران این محدودیت، اهمیت بالایی پیدا کند. به همین منظور در این پژوهش از الکترود خمیر کربن اصلاح شده با نانوذرات زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت تعویض یون شده با کاتیون نیکل(II)، به عنوان الکتروکاتالیست اکسایش متانول استفاده شده است».

این محقق دلیل انتخاب زئولیت استفاده‌شده در ساخت کاتالیست را بدین شرح بیان کرد: «به طور کلی زئولیت‌ها، ترکیبات دوستدار محیط زیست‌اند زیرا به دلیل وجود مواد معدنی کم‌ضرر مثل آلومینیوم و سیلیسیم در ساختار خود، از لحاظ شیمیایی، مکانیکی و حرارتی پایدار هستند. خوشبختانه، وجود منابع غنی زئولیتی طبیعی بخصوص زئولیت کلینوپتیلولیت در کشور، هزینه ساخت این کاتالیست را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد. از طرف دیگر، استفاده از زئولیت طبیعی سرعت فرایند را نیز افزایش می‌دهد. حذف مراحل ساخت زئولیت (نسبت به ساخت زئولیت مصنوعی و یا دیگر کاتالیست‌های مصنوعی) دلیل افزایش سرعت تهیه کاتالیست مورد نظر و کاهش هزینه‌های آن است. علاوه بر این، روش مکانیکی به کار رفته در تهیه نانوذرات نیز آلودگی به محیط زیست وارد نمی‌کند.»

کاهش پتانسیل لازم جهت واکنش متانول در سطح الکترود و نیز ایجاد جریان بیشتر به معنای کارایی بهتر پیل‌های سوختی است که از نظر اقتصادی حائز اهمیت فراوانی است.

کاتالیست ساخته‌شده در این طرح، اضافه ولتاژ لازم برای اکسایش متانول را نسبت به الکترود پلاتین حدود 500 میلی ولت کاهش داده و افزایش چشمگیری در جریان حاصل ایجاد کرده است. به عبارتی اکسایش متانول در حضور این کاتالیست به مراتب آسان‌تر شده است.

نتایج این کار حاصل همکاری دکتر علیرضا نظامزاده اژیه، عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا و محمد حسین شیخ محسنی، کارشناس ارشد شیمی کاربردی از این دانشگاه است.