غشای نانوکامپوزیتی برای خودروهای الکتریکی ساخته شد

علیرضا زارع دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی امیرکبیر در گفتگو با خبرنگار مهر  گفت: امروزه بحران آلودگی حاصل از سوخت‌های فسیلی و گران قیمت بودن انرژی هسته‌ای باعث شده که تولید انرژی با استفاده از پیل‌های سوختی به عنوان یکی از مهمترین روش‌های تولید انرژی محسوب شود.

وی افزود: پیل‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سوختی فناوری جدیدی برای تولید انرژی هستند که بدون ایجاد آلودگی‌های زیست محیطی و صوتی از ترکیب مستقیم بین سوخت و اکسیدکننده، انرژی الکتریکی با بازدهی بالا تولید می‌‌‌‌کنند. همچنین پیل سوختی آلودگی ناشی از سوزاندن سوخت‌های فسیلی را حذف کرده و تنها محصول جانبی آن آب است.

وی با بیان اینکه درصورتی‌ که هیدروژن مصرفی حاصل از الکترولیز آب باشد نشر گازهای گلخانه‌ای به صفر می‌رسد، گفت: پیل‌های سوختی راندمان بالاتری نسبت به سوخت‌های فسیلی متداول نظیر نفت و بنزین دارد و اکثر پیل‌های سوختی در مقایسه با موتورهای متداول بسیار بی‌صدا هستند. پیل‌های سوختی در زمینه‌ تامین انرژی بخش­هایی مانند حمل و نقل عمومی، نیروگاه‌ها و وسایل الکترونیکی قابل حمل ازقبیل تلفن‌های همراه، رایانه‌های شخصی و غیره دارای کاربرد هستند.

زارع خاطرنشان کرد: بنابراین اهميت فناوری پيل سوختی، حجم بالای برنامه‌ريزی‌ها، سرمایه‌گذاری‌های بین‌المللی و تجربيات حاصل در داخل کشور از جمله در وزارت نيرو همگی مؤيد اين نکته هستند که توسعه فناوری پیل سوختی در داخل کشور، نيازمند عزمی ملی با حضور تمام ذی‌نفعان تأثیرگذار بر توسعه اين فناوری است.

وی با بیان اینکه یکی از مهم‌ترین انواع پیل­های سوختی تجاری، پیل­های سوختی غشا پلیمری است، اظهار داشت: امروزه از غشاهای تجاری مختلفی به‌عنوان غشاهای مبادله کننده­ پروتون در پیل‌های سوختی استفاده می‌شود که هریک از آن‌ها داری معایب و مزیت‌های مختلفی هستند.

وی با اشاره به غشاهای کاربردی در پیل‌های سوختی افزود: یکی از معروف‌ترین غشاها، «نفیون» است که امروزه به­ صورت تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این غشاء تجاری، قیمت بالایی دارد ولی کارایی لازم در دماهای بالا را ندارد.

وی با بیان اینکه به همین منظور در صدد آمدیم تا غشاهای نانو کامپوزیتی با راندمان بالا بسازیم، افزود: هدف از این کار تحقیقاتی ساخت غشا نانو کامپوزیتی جدید با پایداری حرارتی بالا، خواص مکانیکی مناسب و میزان عملکرد بالا به‌منظور استفاده در پیل­های سوختی است.

به گفته زارع،  نتایج آزمون­های انجام شده برروی غشا نانو کامپوزیتی نشان می‌دهد، غشاهای ساخته شده دارای عملکرد بسیار مناسبی در دماها و رطوبت‌های مختلف هستند، به‌گونه‌ای که کاملا منحصر به‌ فرد و متمایز از بسیاری از غشاهای تجاری موجود است.

وی در خصوص کاربردهای این غشا گفت: به‌طورکلی «پلی ایمید ها» در صنایع مختلفی کاربرد دارند؛ اما غشاهای نانو کامپوزیتی ساخته شده در این پژوهش م ی­تواند به­ عنوان غشاء مبادله کننده پروتون در پیل­های سوختی غشا پلیمری و غشا مبادله کننده پروتون در پیل­های سوختی به‌صورت تجاری کاربرد داشته باشد.

به گفته زارع، غشاهای نانو کامپوزیتی ساخته شده می تواند در خودروهای الکتریکی که با نیروی محرکه الکتریکی حاصل از پیل سوختی حرکت می­ کنند، مورد استفاده قرار گیرد.

وی عنوان کرد: میزان کارایی غشاهای مبادله کننده پروتون به صورت مستقیم بر میزان بازدهی پیل سوختی تاثیر می ­گذارد. هرچه میزان تبادل پروتون در این نوع غشاها افزایش یابد میزان کارایی و بازدهی پیل سوختی به‌عنوان یک منبع تولید انرژی افزایش پیدا می­ کند.

وی ادامه داد: هدف ما در این پژوهش ساخت یک غشا نانو کامپوزیتی پلیمری با خواص هدایت پروتونی بالا و داشتن خواص فیزیکی و حرارتی مناسب و عملکرد مناسب در دماهای بالا است که بتواند به‌عنوان یک محصول تجاری در پیل‌های سوختی غشا پلیمری مورد استفاده قرار گیرد.

زارع با بیان اینکه به‌طورکلی دما در پیل­های سوختی به عنوان یک پارامتر مهم محسوب می شود، خاطر نشان کرد: دما سبب سرعت بخشیدن به سینتیک واکنش‌های الکتروشیمیایی و موجب افزایش بازدهی پیل­های سوختی شده، اما در دمای بالا با خروج مولکول آب از ساختار غشا پلیمری موجب کاهش کارایی غشاها می شود.

وی در خصوص ویژگی‌های نوآورانه اين طرح گفت: سنتز پلی ایمید سولفونه جدید با وزن مولکولی بالا، پایداری حرارتی بالا و خواص مکانیکی مناسب، با قابلیت تبادل پروتون به روش پلیمریزاسیون تراکمی برای اولین بار طراحی و سنتز شده است. نانو ذرات گرافن اکساید عامل دار شده با مایع یونی می‌تواند باعث افزایش جذب آب، جذب اسید فسفریک و استحکام مکانیکی و پایداری حرارتی و همچنین موجب افزایش هدایت پروتونی و کارایی غشاهای نانو کامپوزیتی در پیل‌های‌ سوختی  غشا پلیمری شود.

به گزارش مهر، این پروژه تحقیقاتی با همکاری وحید انصاری کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر الهه کوثری عضو هیات علمی دانشکده شیمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام گرفته است. مقاله این پروژه حاصل پایان‌نامه «سنتز غشاهای نانو کامپوزیتی پلي ايميد/ گرافن اكسايد عامل دار شده با مايعات يونی و سنتز غشاهای آلیاژهای پلیمری پلی ایمید/ پلی ایمید شاخه‌ای سولفونه‌ جهت كاربرد در پیل‌های سوختی غشای پلیمری» بوده است.

این غشا نانو کامپوزیتی تاکنون در داخل و خارج از کشور ثبت اختراع نشده است، ولیکن نتایج این پژوهش در( International Journal of Hydrogen Energy ) منتشر شده است. این طرح در مهرماه سال ۹۴ ثبت اختراع شده است.