ساخت نانوکاتالیست‌ افزایش دهنده کارایی پیل‌های سوختی در دانشگاه آزاد شهرضا

به گزارش خبرنگار «خبرگزاری دانشجو» از اصفهان، دکتر علیرضا نظامزاده اژیه، عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا و محقق این طرح گفت: در ساخت این کاتالیست از مواد طبیعی و با منابع گسترده و غنی در کشور استفاده شده و از این رو هزینه‌ ساخت پایینی دارد. استفاده از پیل‌های سوختی، قابلیت تولید انرژی بدون ایجاد آلودگی‌های زیست محیطی را فراهم می‌کند.

وی در ادامه افزود: با توجه به پیشرفت سریع فناوری و ناگزیر بودن انسان در استفاده از منابع انرژی، آلودگی‌های بیش از حد در محیط زیست ایجاد شده و منابع انرژی کاهش یافته است. لذا ابداع و توسعه‌ منابع جدید انرژی به جای سوخت‌های فسیلی، امری اجتناب ناپذیر است. در سال‌های اخیر استفاده از پیل‌های سوختی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. پیل‌های سوختی کاربردهای وسیعی داشته و می‌توانند به صورت ثابت (لوازم خانگی) و متحرک (اتوبوس، ماشین‌ها و غیره) مورد استفاده قرار گیرند.

این محقق تصریح کرد: در پیل‌های سوختی متانولی، انرژی الکتریکی به وسیله‌ اکسایش الکتروشیمیایی متانول بدست می‌آید. این فرایند تولید انرژی با تولید آب، آلودگی به محیط زیست وارد نمی‌کند. همچنین متانول، نسبت به سیستم‌های پلیمر لیتیم و هیدروژن، دارای دانسیته‌ انرژی بالاتری است که باعث می‌شود برای مدت زمان بیشتری انرژی الکتریکی تولید کند و توانایی شارژ آنی را نیز داشته باشد.

نظامزاده اژیه در ادامه به اهمیت ساخت این کاتالیست اشاره کرد و افزود: در پیل‌های سوختی متانولی، هر چه متانول راحت‌تر اکسید شود، کارایی پیل افزایش می‌یابد. اما مشکلاتی مانند روند کند اکسایش متانول و آلودگی سطح الکترودهای معمولی، باعث شده است که ساخت و بکارگیری کاتالیست‌های جدید برای جبران این محدودیت، اهمیت بالایی پیدا کند. به همین منظور در این پژوهش از الکترود خمیر کربن اصلاح شده با نانوذرات زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت تعویض یون شده با کاتیون نیکل (II)، به عنوان الکتروکاتالیست اکسایش متانول استفاده شده است.

وی در مورد دلیل انتخاب زئولیت استفاده شده در ساخت کاتالیست گفت: به طور کلی زئولیت‌ها، ترکیبات دوستدار محیط زیستند که به دلیل وجود مواد معدنی کم ضرر مثل آلومینیوم و سیلیسیم در ساختار خود، از لحاظ شیمیایی، مکانیکی و حرارتی پایدار هستند. خوشبختانه، وجود منابع غنی زئولیتی طبیعی بخصوص زئولیت کلینوپتیلولیت در کشور، هزینه‌ ساخت این کاتالیست را به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهد. از طرفی استفاده از زئولیت طبیعی سرعت فرایند را نیز افزایش می‌دهد. حذف مراحل ساخت زئولیت (نسبت به ساخت زئولیت مصنوعی و یا دیگر کاتالیست‌های مصنوعی) دلیل افزایش سرعت تهیه‌ کاتالیست مورد نظر و کاهش هزینه‌های آن است. علاوه بر این، روش مکانیکی به کار رفته در تهیه‌ نانوذرات نیز آلودگی به محیط زیست وارد نمی‌کند.

نظامزاده اژیه خاطرنشان کرد: کاهش پتانسیل لازم جهت واکنش متانول در سطح الکترود و نیز ایجاد جریان بیشتر به معنای کارایی بهتر پیل‌های سوختی است که از نقطه نظر اقتصادی حائز اهمیت فراوانی است. کاتالیست ساخته شده در این طرح، اضافه ولتاژ لازم جهت اکسایش متانول را نسبت به الکترود پلاتین حدود 500 میلی ولت کاهش داده و افزایش چشمگیری در جریان حاصل ایجاد کرده است. به عبارتی اکسایش متانول در حضور این کاتالیست به مراتب آسان‌تر شده است.

لازم به ذکر است، نتایج این کار تحقیقاتی که حاصل همکاری دکتر علیرضا نظامزاده اژیه، عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا و محمد حسین شیخ محسنی، کارشناس ارشد شیمی کاربردی از این دانشگاه است، در مجله‌ ELECTROCHIMICA ACTA منتشر شده است.