پلاستیک‌های بازیافتی به تولید پیل‌های سوختی ارزان کمک می‌کند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، با پیرولیز پلاستیک‌های موجود در زباله، محققان نانولوله‌های کربنی تولید کردند که درون آن‌ها نانوذرات فلزی قرار دارد. این نانولوله‌ها با قرار گرفتن درون آند پیل سوختی، عملکرد آن را بهبود دادند. در این پروژه نیاز به استفاده از نانوذرات فلزی گران‌بها نبود.

تا زمانی که ورودی‌های سوخت در دسترس باشند، پیل‌های سوختی اکسید جامد، که سیستم‌های تبدیل انرژی الکتروشیمیایی هستند، می‌توانند به طور مداوم برق تولید کنند. آن‌ها یکی از امیدوارکننده‌ترین فناوری‌ها برای رسیدگی به نیاز‌های رو به رشد انرژی در جهان و همچنین مسئله تغییرات آب و هوا هستند.

دمای بالای عملیاتی که منجر به کاهش عملکرد، پیچیدگی فنی و محدودیت‌هایی در کاربرد می‌شود، یک مانع بزرگ برای پیل‌های سوختی اکسید جامد کلاسیک است. در سرتاسر جهان تلاش‌های قابل توجهی برای رفع این مسئله صورت گرفته است.

افزایش رسانایی حرارتی و الکتریکی نانولوله‌های کربنی (CNTs) انتقال حرارت را سرعت می‌بخشد و سرعت فرآیند‌های الکتروشیمیایی را افزایش می‌دهد. در مقایسه با روش‌های مرسوم‌تر مانند دفن زباله یا سوزاندن، فن‌آوری‌های پیرولیز روشی عملی و مقرون‌به‌صرفه برای تولید نانولوله‌های کربنی از پلیمر‌های موجود در زباله است.

برای ایجاد کامپوزیت‌های کربن/فلز، استفاده از فاز‌های فلزی باقی مانده در CNT‌ها عملی و مقرون به صرفه است. برای بهبود راندمان انتقال بار، ایجاد یک تعامل شیمیایی ذاتی بین CNT‌ها و فلزات واسطه علاوه بر اختلاط فیزیکی بسیار مهم است.

به دلیل هزینه کم و راه‌اندازی سریع، پیل‌های سوختی اکسید جامد با دمای پایین (LT-SOFCs) سلول‌های سوختی نسل جدید هستند. با این حال، آن‌ها یک چالش قابل توجه در بخش مواد الکترود با فعالیت الکتروکاتالیستی دارند.

در این پروژه، روی پیرولیز پلاستیک‌های موجود در زباله برای تولید نانولوله‌های کربنی حاوی دو نانوذره فلزی (NiFe@CNTs) بررسی‌هایی انجام شده است. یافته‌های محققان نشان داد که نانولوله‌های چند جداره با قطر بیرونی (۸۴/۳±۳۸/۱۴ نانومتر)، به دلیل اندازه بلوری بسیار کوچک نانوذرات آلیاژی Ni-Fe، تشکیل شده‌اند.

پیل‌های سوختی اکسید جامد با ترکیب NiFe@CNTs با حداکثر چگالی توان ۸۸۵ میلی‌وات بر سانتی‌مترمربع در دمای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد عملکرد چشمگیری داشتند. این نتیجه می‌تواند به معماری سلسله مراتبی نانوذرات آلیاژی یکنواخت پراکنده و درجه بالای گرافیتی شدن NiFe@CNT‌ها برای افزایش فعالیت واکنش اکسیداسیون هیدروژن (HOR) مرتبط باشد.

این رویکرد پیشنهادی می‌تواند مشکلات مدیریت پسماند پایدار را برطرف کند و همزمان بازیافت پلاستیک‌های موجود در زباله برای ایجاد نانوکامپوزیت‌ها را امکان‌پذیر کند.

محققان نشان دادند که چگونه افزودن نانوذرات فلزی غیر گران‌بها محصور در CNT‌ها (M@CNTs) به آند، عملکرد پیل سوختی را بهبود می‌بخشد.