اولین گام تولید پیشرفته‌ترین پیل‌های سوختی جهان در ایران برداشته شد

محققان ایرانی، طراحی و توسعه مدل سه بعدی پیل سوختی اسید جامد که یکی از جدیدترین نسل پیل‌های سوختی جهان است را با موفقیت به انجام رساندند و به این ترتیب، اولین گام تولید این پیل ها در کشور برداشته شد.

کد خبر: ۴۸۵۱۵۴

شنبه - ۱۷ بهمن ۱۳۹۴ / February 06, 2016

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پیل های سوختی اسید جامد، نسل جدیدی از پیل های سوختی هستند که در آنها از اسیدهای جامد به عنوان الکترولیت استفاده می شود و در حال حاضر از میان ترکیبات اسید جامد، ترکیب CsH۲PO۴ (سزیم - دی هیدروژن - فسفات)، پرکاربردترین و مناسب ترین ترکیب برای استفاده در پیل های سوختی به شمار می آید.

الکترولیت های حالت جامد به دلیل تسهیل در امر انتقال پروتون بدون آب، آینده درخشانی برای کاربرد در پیل های سوختی دارند و بازده بالا، عدم خوردگی در پیل، امکان ساخت پیل در ابعاد مختلف و هزینه ساخت کم، از جمله مزایای اینگونه پیل ها است.

محمدرضا اوصافی با بیان اینکه اکنون حدود ۸ تا ۹ نوع پیل سوختی وجود دارد که تفاوتشان در نوع الکترولیت آنهاست، افزود: پیل سوختی به طور کلی از سه بخش الکترود کاتد، الکترود آند و الکترولیت تشکیل می شود و تفاوت این پیل سوختی اسید جامد با دیگر انواع آن در الکترولیت است زیرا ما براساس نوع نیازمان، نوع الکترولیت پیل را انتخاب می کنیم تا توان های الکتریکی مختلفی از آن گرفته شود.

وی که دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی شیمی گرایش جداسازی و طراحی فرآیند دانشگاه صنعتی امیرکبیر است و بیش از یکسال زمان برای این طرح تحقیقاتی صرف کرده است، خاطرنشان کرد: در این پیل های جدید، الکترولیت از نوع اسید جامد است که ما از اسید جامد "سزیم - دی هیدروژن - فسفات" استفاده کردیم که این ترکیب به تنهایی و به صورت خالص، شکننده و ضعیف است و حتی در آب حل می شود بنابراین از کامپوزیت های آن استفاده کردیم و یک ماده سخت تر را به عنوان پایه قرار دادیم.

اوصافی در تشریح مزایای پیل های سوختی اسید جامد توضیح داد: مقاومت مناسب الکترولیت در برابر ناخالصی هایی مانند مونوکسید کربن CO در سوخت از جمله ویژگی های قابل توجه این پیل هاست که همین مقاومت مناسب در برابر مسمومیت ناشی از ناخالصی های سوخت، نیاز به تصفیه سوخت های ریفورم شده را برطرف می کند.

وی عدم خوردگی و عمر طولانی را از دیگر مزایای این نوع پیل ها ذکر کرد و گفت: پیل های اسید جامد، بدون رطوبت کار می کنند و همین باعث می شود به مرور زمان، دچار خوردگی نشوند درصورتیکه بقیه پیل ها چون محتوی آب هستند به تدریج دچار خوردگی می شوند بنابراین پیل های اسید جامد، عمر طولانی تری دارند.

این محقق جوان ادامه داد: در حال حاضر پایداری پیل های سوختی اسید جامد با الکترولیت CsH۲PO۴، در زمان های بیشتر از دو هزار ساعت در سوخت های مختلف ثابت شده است و البته این طول عمر به نوع کامپوزیت و دمایی که پیل در آن کار می کند بستگی دارد.

وی حذف کاتالیست های فلزات گران قیمت را از دیگر مزایای پیل های سوختی اسید جامد برشمرد و گفت: در ساختار کاتالیست پیل های سوختی رایج، اغلب از فلزات گران قیمتی مانند پلاتین یا نیکل استفاده می شود اما از آنجا که پیل های سوختی جدید در دماهای میانه ( حدود ۲۰۰ تا ۲۵۰ درجه سانتیگراد) کار می کند می توان از کاتالیست های ارزان قیمت تری برای ساخت آن استفاده کرد.

اوصافی، انعطاف پذیری در انتخاب سوخت را به عنوان دیگر مزیت مهم پیل های سوختی اسید جامد معرفی کرد و گفت: در این پیل ها می توان از سوختهای مختلفی مانند هیدروژن، سوختهای دیزلی، اتانول و متانول استفاده کرد و همین ویژگی باعث کاربرد گسترده آنها شده و در کشوری مانند آمریکا از این نوع پیل ها در صنایع نظامی، استقبال خوبی شده است.

به گفته به جدید بودن موضوع تحقیق در کشور اشاره کرد و گفت: تا الان روی شبیه سازی این نوع پیل ها در کشور کار نشده بود و همین کار ما را مقداری سخت کرده بود از همین رو شبیه سازی پیل حدود یکسال به طول انجامید.

وی تصریح کرد: شبیه سازی، روشی است که از هزینه های اضافی جلوگیری می کند چون کار در آزمایشگاه دشوار و پر هزینه است و از طرف دیگر، تمام امکانات همیشه فراهم نیست و ممکن است فرآیند آزمایش، ماهها طول بکشد و در نهایت، شاید نتیجه ای هم از آن به دست نیاید.

اوصافی افزود: اما شبیه سازی به ما کمک می کند قبل از ساخت پیل، پیش بینی کنیم که چه توان الکتریکی را می توان از این پیل گرفت و یا اینکه چه شدت جریانی را می تواند برای ما تولید کند.

وی خاطرنشان کرد: در این طرح تحقیقاتی که با راهنمایی منصور کلباسی استاد دانشگاه صنعتی امیرکبیر انجام گرفته، مدل سه بعدی و نمودارهای مختلف طراحی شد که مهم ترین آن نمودار پولاریزاسیون ( شدت جریان و توان الکتریکی تولیدی) است و مقایسه منحنی ها با شرایط تجربی، مطابقت مناسبی داشته است و مزیت مدل حاصل، توانایی آن در پیشگویی رفتار پیل سوختی اسید جامد، تحت شرایط عملکردی مختلف است.

به گفته وی با فعالیت های صورت گرفته، می توان در گام بعد، وارد مرحله تولید آزمایشگاهی پیل های سوختی اسید جامد شد.

دستیابی به دانش فنی و همچنین تولید پیل های سوختی اسید جامد، علاوه بر کاهش هزینه ها، عمر طولانی تر پیل و دسترسی آسان در شرایط مختلف، مزایای زیست محیطی نیز به دنبال دارد زیرا اینگونه پیل ها با سوختهای تجدیدپذیر کار می کنند.

به عنوان مثال، یکی از ورودی های این پیل ها هوا است که به عنوان اکسید کننده عمل می کند و یک سوخت وارد آن می شود که می تواند هیدروژن باشد که در این شرایط ، خروجی آن انرژی برق و مقداری آب است که هیچ آلودگی زیست محیطی ندارد.

تاریخچه پیل سوختی اسید جامد :

پیل سوختی اسید جامد در سال ۲۰۰۴ میلادی برای اولین بار در سطح آزمایشگاهی به نمایش درآمد و امروزه استک هایی با ظرفیت۱.۴ کیلو وات با این فناوری ساخته شده است.

در سال ۲۰۰۹ میلادی، شرکت کانادایی سافسل با هدف تجاری سازی پیل سوختی اسید جامد تأسیس شد و تاکنون موفق شده است آن را برای کاربردهای نظامی و استفاده برای تأمین برق کمکی توسعه دهد و استک های تولیدی، توسط این شرکت از چند ۱۰ وات تا چند ۱۰ کیلو وات ظرفیت دارند.

در سال ۲۰۱۱ میلادی، این شرکت استکی با توان تولیدی ۱.۴ کیلووات برای شرکت نروژی نوردیک ساخت که با یک ریفورمر دیزلی یکپارچه شده است و از سوخت دیزلی استفاده می کند.

در سال ۲۰۱۴میلادی، این شرکت به سفارش ارتش آمریکا، اقدام به ساخت استک های ۵۰ واتی کرد که قابلیت پوشیدن توسط سربازان را داشته باشند.

و نهایتا در سال ۲۰۱۵میلادی، اولین پیل سوختی اسید جامد با قابلیت تبدیل پروپان به برق به وسیله این شرکت رونمایی شد.

با توجه به جدید بودن و مزایای استفاده از این نوع پیل سوختی نسبت به دیگر انواع آن، پژوهشگران ایرانی برای دستیابی به فناوری و عقب نماندن از دانش روز دنیا، وارد میدان شده و فعالیت های پژوهشی عمیق و منسجمی در این رابطه آغاز کردند که خوشبختانه اولین گام این حرکت به خوبی و با موفقیت برداشته شده است.

مجری طرح تحقیقاتی شبیه سازی پیل سوختی اسید جامد با الکترولیت "سزیم - دی هیدروژن - فسفات" در رابطه با جزئیات این طرح گفت: در این کار، مدل سه بعدی برای یک پیل سوختی اسید جامد صفحه ای توسعه داده شده و در نهایت منحنی های عملکردی پیل (ولتاژ- دانسیته جریان و دانسیته جریان- دانسیته توان) با داده های تجربی موجود در مقالات مقایسه شده است و مطابقت خوبی نشان می دهد.