کاهش هزینه پیل‌های سوختی با نانوصفحات اکسید گرافن محققان ایرانی

پژوهشگران دانشگاه مراغه طی تحقیقات خود موفق به ساخت کنترل شده نانو صفحاتی از جنس گرافن و اکسید گرافن در مقیاس آزمایشگاهی شدند که می‌تواند باعث اقتصادی شدن پیل‌های سوختی و ذخیره‌سازهای انرژی شود.



به گزارش سرویس فناوری ایسنا، اگرچه پیل‌های سوختی به عنوان مبدل‌های سوخت پاک نقش بسیار مهمی را در زندگی آینده ایفا خواهند کرد اما هزینه‌های گزاف آن‌ها مانع از کاربرد گسترده‌ در زندگی روزمره شده است. بنابراین، در صورت دستیابی به مواد کم هزینه جهت ساخت این تجهیزات از جمله غشاها و کاتالیزورها به عنوان اصلی‌ترین اجزای پیل‌های سوختی به طور طبیعی روند بکارگیری آن‌ها در زندگی مردم مشهودتر خواهد شد.

دکتر کریم کاکایی مجری طرح، هدف از اجرای این پژوهش را سعی در ساخت نانوساختارهایی به عنوان نگهدارنده‌ کاتالیست‌های مورد استفاده در پیل‌های سوختی غشایی پروتونی جهت کاهش قیمت تمام شده‌ این تجهیزات عنوان کرد.

وی در خصوص اهمیت اجرای این طرح گفت: «هزینه‌های بالای پیل‌های سوختی از جمله نگهدارنده‌های کاتالیست و به کارگیری فلزات گران بهایی نظیر پلاتین در ناحیه‌ آند و کاتد، منجر به افزایش قیمت این تجهیزات شده که عملاً تجاری سازی و تولید انبوه آن‌ها را مشکل کرده است. در کشور ما نیز تمامی مواد به کار رفته در پیل سوختی وارداتی است که هزینه‌های بالایی را بر اقتصاد کشور وارد می‌کند. بنابراین در این طرح تلاش شده تا با ساخت و بکارگیری نانوصفحات اکسید گرافن به عنوان نگهدارنده‌ الکتروکاتالیست و نیز استفاده از آلیاژ پلاتین و قلع به عنوان جایگزین فلز خالص پلاتین از قیمت الکتروکاتالیست نهایی مورد استفاده در پیل سوختی کاسته شود.»

به گفته وی بر اساس نتایج حاصل شده، بکارگیری نانوصفحات اکسید گرافن و گرافن در پیل سوختی، افزون بر کاهش قیمت کاتد و آند مورد استفاده در آن‌ها، منجر به افزایش عملکرد پیل‌های مذکور نیز شده است. لذا تولید آن‌ها صرفه‌ اقتصادی بیشتری ایجاد خواهد کرد. ضمن آن که استفاده از نتایج این طرح در حوزه‌ تولید انرژی‌های پاک بسیار مفید خواهد بود.

این محقق خاطرنشان کرد: برای سنتز گرافن و اکسید گرافن عموماً از روش هامر و یا روش اصلاح شده‌ هامر استفاده می‌شود که قابلیت تولید در مقیاس صنعتی را ندارد. از طرفی در این روش مواد شیمیایی و آلوده کننده‌ بسیار زیادی بکار گرفته می‌شود که خطرات زیادی برای افراد و محیط زیست به دنبال خواهد داشت. این در حالی است که در این طرح از روش بالا به پایین، نانو صفحات گرافن اکساید به طریقه الکتروشیمیایی سنتز شده است که مشکلات روش هامر را به دنبال ندارد. کاهش هزینه‌ تولید از دیگر مزایت‌های این روش است.

کاکایی در ادامه به روند ساخت و بررسی عملکرد پیل‌های سوختی متشکل از این نانوصفحات پرداخت و افزود: «در این راستا اکسید گرافن به طریقه‌ الکتروشیمیایی سنتز شده و سپس نسبت‌های مختلف آلیاژ پلاتین و قلع بر روی گرافن اکساید احیا شده است. البته در این مرحله تلاش شد تا از احیای کامل تمام اکسیدگرافن به گرافن جلوگیری شود. به این ترتیب همزمان اکسید گرافن هم نقش پایه‌ کاتالیست و هم نقش ناقل پروتون را دارا خواهد بود. از طرفی با این کار مصرف محلول نفیون وارداتی گران‌بها نیز به نصف تقلیل یافت.»

وی در پایان اظهار کرد: «در طرح‌های آتی نانوصفحات اکسید گرافن به وسیله گروه‌های عاملی مختلف مانند هالوژن‌ها، سولفونه‌ها و نیتروژن ناخالص دوپه می‌شوند تا در واکنش‌های احیای اکسیژن در سمت کاتد پیل سوختی مورد استفاده قرار گیرد.»

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر کریم کاکایی عضو هیات علمی دانشگاه مراغه دانشیار گروه شیمی فیزیک است. نتایج این کار در مجله‌ Electrochemica Acta (جلد 165، سال 2015، صفحات 330 تا 337) به چاپ رسیده است.

منبع :