دانشگاه صنعتی امیرکبیر: نانوغشای آزمایشگاهی کم هزینه، گزینه‌ای برای پیل‌های سوختی دما بالا
این غشا از یک نانوکامپوزیت کم هزینه و به روشی ساده تهیه شده است. ساخت و بررسی عملکرد این نانوغشا در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفته است.
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 توسعه‌ی 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 درجه‌ی سانتی‌گراد عملکرد ضعیفی دارد. این عیب مانع استفاده از نفیون در پیل‌های سوختی پلیمری در دمای بالاتر از 100 درجه‌ی سانتی‌گراد می‌شود. از طرفی هزینه خرید نفیون نیز بالاست.»
به گفته‌ی این محقق، غشای نانوکامپوزیتی تهیه شده در این پروژه، به عنوان غشاهای مبادله کننده‌ی پروتون با پایداری حرارتی و عملکرد مناسب در پیل‌های سوختی، اهمیت بالایی دارد. این غشا نسبت به غشای نفیون تجاری هزینه‌ی 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 هزینه‌ی 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 غشا 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 آزماینده‌ی پیل سوختی بررسی شده است.
به گزارش ستاد توسعه فناوری نانو،این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر مهران جوانبخت- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر- خدیجه هوشیاری- دانشجوی دکترا، دکتر اکبر شعبانی‌کیا و دکتر مرتضی انحصاری- پژوهشگر دوره‌ی پسا دکترای این دانشگاه- است. نتایج این کار در مجله‌ی Journal of Power Sources (جلد 276، سال 2015، صفحات 62 تا 72) به چاپ رسیده است.
