پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس با بهره‌گیری از گرافن اکساید و ایجاد یک ساختار نانوکامپوزیتی با یک پلیمر طبیعی، غشایی را سنتز کردند که می‌توان از آن به‌عنوان یک غشای رسانای الکتریکی در تولید پیل‌های سوختی استفاده کرد و موجب کاهش قیمت تمام‌شده‌ی پیل‌های سوختی در مقیاس صنعتی شد.
به گزارش دیده‌بان علم ایران میزان مصرف جهانی انرژی الکتریکی در قرن اخیر به‌شدت افزایش یافته و پیش‌بینی می‌شود که این افزایش در سال‌های آینده با سرعت بسیار بیشتری ادامه یابد. تأمین انرژی الکتریکی مستلزم استفاده از منابع انرژی فسیلی و تبدیل ماهیت آن‌ها در نیروگاه‌های عظیم حرارتی است. اما این منابع محدود در ۱۵۰ سال آینده به اتمام خواهند رسید. به علاوه، فرآوری سوخت‌های فسیلی به دلیل تولید گازهای گلخانه‌ای، تهدیدی جدی برای محیط‌زیست و سلامتی انسان به شمار می‌رود. اخیراً، استفاده از پیل‌های سوختی متانول مستقیم (DMFC)، به دلایلی از جمله بازده تبدیل انرژی بالا و عدم ایجاد آلودگی‌های محیطی و صوتی، به‌عنوان روشی کارآمد برای تولید انرژی الکتریکی پیشنهاد شده است.
دکتر علیرضا شریف از غشای تبادل پروتون به‌عنوان مهم‌ترین بخش یک پیل سوختی یاد کرد و افزود: «در حال حاضر غشای تجاری نافیون به‌عنوان رایج‌ترین غشای تبادل پروتون در پیل‌های سوختی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما گرانی نافیون و شدت بالای تراوش متانول از آن، مانع از تجاری شدن فناوری DMFC گردیده است. لذا در این تحقیق از یک پلیمر طبیعی و ارزان‌قیمت به‌عنوان فاز زمینه و از اکسید گرافن جهت بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی آن جهت سنتز یک غشای دارای رسانایی الکتریکی استفاده شد.»
وی در ادامه ابراز امیدواری کرد با به‌کارگیری نتایج این تحقیق، علاوه بر حفظ و یا حتی ارتقای کیفیت تبادل پروتون در سامانه‌های پیل سوختی فعلی، قیمت نهایی آن‌ها کاهش یافته و توسعه‌ی تجاری و صنعتی فناوری DMFC تسهیل شود.
شریف افزود: «اهمیت استفاده از نانوذرات در این تحقیق از دو جنبه قابل بررسی است. به لحاظ تأثیرات معمول و عمومی، نانوذرات گرافن اکسید موجب افزایش پایداری حرارتی و استحکام مکانیکی غشاهای کیتوسانی شدند. از جنبه‌ی اثرگذاری بر ویژگی‌های خاص غشاهای تبادل پروتون نیز، نانوذرات اصلاح شده با ایجاد مجراهای پیوسته ناشی از برهمکنش‌های اسیدی- بازی بین گروه‌های سولفونیک اسید و آمید، توسعه‌ی مکان‌های با مقاومت اندک در برابر پرش پروتون را تسهیل نموده‌اند. بدین ترتیب ظرفیت تبادل یونی، هدایت پروتونی و گزینش پذیری غشای کیتوسانی را بهبود بخشیدند.»
در این طرح، ایده‌ی استفاده‌ی همزمان از نانوذرات گرافن اکسید سولفونه شده و کیتوسان سولفاته در بستر کیتوسان اولیه، به‌منظور بهبود هدایت پروتونی غشای کیتوسانی اولیه مطرح شده است. بنابراین، ابتدا نانوذرات گرافن اکسید از پودر گرافیت تهیه شده و سپس سولفونه شده‌اند. همچنین کیتوسان نیز سولفاته شده است. در مرحله‌ی بعد، غشاهای نانوکامپوزیتی، از طریق پخش کردن درصدهای مختلف گرافن اکسید سولفونه شده در بستر مخلوط کیتوسان اولیه و کیتوسان سولفاته سنتز شده‌اند. به‌منظور ارزیابی و بررسی خواص مختلف این غشای نانوکامپوزیتی از آزمون‌های XRD، AFM و FT-IR و همچنین روش‌های TGA، الکتروشیمیایی و IEC استفاده شده است.
نتایج حاکی از آن است که استفاده از نانوذرات اصلاح‌شده به افزایش حدود هفت برابری در گزینش پذیری غشاهای نانوکامپوزیتی نسبت به غشاهای اولیه منجر شده است. همچنین غشای نانوکامپوزیتی از هدایت پروتونی پنج برابری در مقایسه با غشای معمولی برخوردار است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های علیرضا شریف و مهدی عبدالهی- اعضای هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس- و مهندس عباس شیردست- دانش‌آموخته‌ی دوره‌ی کارشناسی ارشد این دانشگاه- است. نتایج این کار در مجله‌ی Journal of Power Sources (جلد ۳۰۶، سال ۲۰۱۶، صفحات ۵۴۱ تا ۵۵۱) به چاپ رسیده است.
انتهای پیام