ساخت نانوغشای آزمایشگاهی کم هزینه

پژوهشگران پژوهشکده انرژی‌های نو دانشگاه صنعتی امیرکبیر نانوغشاهایی ساخته‌اند که می‌تواند در ساخت پیل‌های سوختی دما بالا استفاده شود.

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، نیاز به تولید انرژی پاک به منظور حفاظت محیط زیست یکی از مباحث مطرح در علم روز است. این مقوله منجر به پژوهش‌های گسترده‌ای در فناوری تبدیل انرژی همانند تولید پیل‌های سوختی شده است. غشاها در پیل‌های سوختی نقش الکترولیت را بر عهده دارند و در پیل‌های سوختی مبادله پروتون، الکترولیت‌های جامدی هستند که باعث عبور یون‌ها می‌شوند.

دکتر مهران جوانبخت با اشاره به اینکه توسعه‌ غشاهای ارزان قیمت با قابلیت کاربرد در دماهای بالا امری ضروری در گسترش پیل‌های سوختی پلیمری دما بالاست، عنوان کرد: «یکی از معمول‌ترین غشاهای پلیمری که در پیل‌های سوختی مورد استفاده قرار می‌گیرد، غشای نفیون است. غشای نفیونی با وجود مزیت‌های فراوان، در دماهای بالاتر از 80 درجه‌ سانتی‌گراد عملکرد ضعیفی دارد. این عیب مانع استفاده از نفیون در پیل‌های سوختی پلیمری در دمای بالاتر از 100 درجه‌ سانتی‌گراد می‌شود از طرفی هزینه خرید نفیون نیز بالاست.»

به گفته‌ این محقق، غشای نانوکامپوزیتی تهیه شده در این پروژه، به عنوان غشاهای مبادله کننده‌ پروتون با پایداری حرارتی و عملکرد مناسب در پیل‌های سوختی، اهمیت بالایی دارد. این غشا نسبت به غشای نفیون تجاری هزینه‌ تولید کمتری دارد و می‌تواند به عنوان گزینه‌ای امیدبخش در تولید غشاهای بومی مطرح باشد.

برای ساخت این غشا از یک روش قالب گیری محلول کم هزینه و ساده، بدون نیاز به فرایندهای پیچیده استفاده شده است. با این روش می‌توان هزینه‌ تولید غشاهای پلیمری با قابلیت کاربرد در پیل‌های سوختی را تعدیل نمود تا کاربرد آن‌ها از نظر اقتصادی قابل توجیه باشد. غشاهای نانوکامپوزیتی تهیه شده در این طرح در صورت تولید انبوه، می تواند باعث توسعه پیل‌های سوختی به عنوان گزینه‌ای برای کاهش آلودگی هوا باشد.

جوانبخت در خصوص مواد استفاده شده در ساختار این غشاء گفت: «پلی بنزیمیدازول، یک پلیمر خطی متراکم با پایداری حرارتی و شیمیایی بالاست که به طور وسیع در پیل‌های سوختی پلیمری دما بالا (تا 200 درجه سانتی‌گراد) مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پروژه غشاهای نانوکامپوزیتی از ترکیب این پلیمر و نانوذرات زیرکونات باریم با ویژگی رسانایی پروتونی بالا، ظرفیت تبادل یونی خوب، پایداری حرارتی بالا و عملکرد پیل سوختی قابل توجه تهیه شد.»

ریخت شناسی، خواص الکتروشیمیایی، حرارتی و عملکردی نانوغشای تهیه شده با میکروسکوپ روبش الکترونی، اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی، طیف‌سنجی مادون قرمز، آزمون ترموگراویمتری و آزماینده‌ پیل سوختی بررسی شده است.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر مهران جوانبخت- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر- خدیجه هوشیاری- دانشجوی دکتری، دکتر اکبر شعبانی‌کیا و دکتر مرتضی انحصاری- پژوهشگر دوره‌ پسا دکترای این دانشگاه- است. نتایج این کار در مجله‌ Journal of Power Sources (جلد 276، سال 2015، صفحات 62 تا 72) به چاپ رسیده است.

منبع :