کاهش هزینه‌های ساخت پیل سوختی جهت تجاری‌شدن در صنعت

به گزارش گروه علم و فناوری آنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، در ساخت این نانوکاتالیست از پلاتین هیچ استفاده‌ای نشده است، اما توانسته به فعالیت قابل قبولی نسبت به کاتالیست‌های پلاتینی رایج و مرسوم دست پیدا کند. طول عمر و پایداری بالاتر نسبت به کاتالیست‌های پلاتینی رایج از دیگر مزیت‌های آن است.

برای صنعتی شدن پیل‌های سوختی، به عنوان یک انرژی پایدار، مساله اقتصادی در تولید این نوع سیستم‌ها باید بهینه‌سازی شود. عموما در ساخت این پیل‌ها، از فلز گران‌قیمت و کمیاب پلاتین استفاده می‌شود که حدود 30 درصد کل هزینه‌های پیل سوختی را به خود اختصاص می‌دهد.
به گفته حسنا قنبرلو، کارشناس ارشد مهندسی شیمی 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 توضیح داد: «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 نیتروژن‌دهی شده توسط یک روش سولووترمال سنتز شد و فلزات آهن و کبالت روی این پایه نانوساختار توسط روش پلی‌یول ته‌نشین‌سازی شدند. این روش ته‌نشین‌سازی، 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: «خوشبختانه 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 نیتروژن‌دهی شده و هم ته‌نشین‌سازی 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».
به گفته این محقق پیل‌های سوختی دما پایین (مثل پیل سوختی غشای تبادل پروتون) در صنعت حمل و نقل و صنعت خودرو کاربرد خواهند داشت. این منابع انرژی که از سوخت هیدروژن استفاده می‌کنند، پایدار هستند و تا زمانی که تامین سوخت برای این سیستم‌ها انجام شود، می‌توانند انرژی الکتریکی مورد نیاز خودرو و سایر وسایل الکترونیکی قابل حمل و نقل را تامین کنند. لازم به ذکر است که فناوری انرژی پیل سوختی جزو انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر به شمار می‌رود و در صورت استفاده از آن در صنعت خودرو، آلاینده‌های زیست محیطی به شدت کاهش خواهند یافت.
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.
حسنا قنبرلو، دانشجوی دکترای مهندسی شیمی دانشگاه امیرکبیر، دکتر سوسن روشن ضمیر، عضو هیات علمی دانشگاه علم و صنعت و ایران، و همکارانشان در انجام این طرح فعالیت داشته‌اند.