E-Services

یاخته‌های سوخت ارزان‌تر با بازدهی بیشتر

۲۳ مه ۲۰۱۳

Credit: Nanoscale Prototyping Laboratory, Stanford

در یاخته‌های سوخت موسوم به یاخته‌های سوخت با غشای بس‌پار الکترولیتی ^[1](PEMFC) هیدروژن با فشار از غشای الکترولیت گذرانده می‌شود. کاتالیزگر پلاتین در این غشا الکترون‌های هیدروژن را از آن جدا می‌کند و پروتون با عبور از غشا در کاتود با اکسیژن و دو الکترون ترکیب می‌شود و آب تولید می‌کند و به‌این ترتیب انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. در مواجهه با تقاضای روزافزون برای انرژی یاخته‌های سوخت می‌توانند جایگزین منابع سوخت فسیلی شوند که ذخایرشان روبه‌اتمام است ضمن این که تنها محصول آنها آب است که آسیبی به محیط زیست نمی‌رساند. اما استفاده از فلز گران‌بهای پلاتین هزینه‌ی این یاخته‌های سوختی را زیاد می‌کند.

اینک با استفاده از سنکروترون چشمه‌ی نور کانادا ^[2](CLS) پژوهشگران راهی پیدا کرده‌اند که با نانوذره‌های پلاتین یاخته‌های سوختی ارزان‌تر بسازند. ژولیانگ (اندی) سون و تسان-کانگ شَم از دانشگاه اونتاریوی غربی یافته‌های خود را اخیراً در Scientific Reports انتشارات چند‌رشته‌ای روی‌خط مجله‌ی نیچر که دسترسی به آن نیز آزاد است، با عنوان Single-atom Catalysis Using Pt/Graphene Achieved through Atomic Layer Depostion منتشر کرده‌اند. سون و شم با همکاری پژوهشگران دانشگاه مک‌مستر کانادا، سنکروترون چشمه‌ی نور کانادا، و شرکت‌ سیستم‌های قدرت بالارد، و با استفاده از روش لایه‌نشانی اتمی ^[3](ALD) راهی برای نشاندن تک‌اتم کاتالیزگر روی سطح پیدا کرده‌اند. سون می‌گوید که فقط اتم‌های سطحی هستند که کار کاتالیز را انجام می‌دهند و معمولا ۱۰ تا ۲۰ درصد کل پلاتینی هستند که به مصرف می‌رسد. شم می‌گوید که با پخش‌کردن پلاتین روی سطح بازدهی افزایش می‌یابد و با پلاتین کم‌تر می‌توان همان کار را به انجام رساند و البته استفاده از پلاتین کم‌تر همه را خوشحال کرد، هم دولت را،‌ هم صنایع را، و هم مصرف‌کننده را.

شم اضافه می‌کند که استفاده از تابش سنکروترون و میکروسکوپ تراگسیلی‌ الکترونی نقش مهمی در معلوم کردن خواص شیمیایی پلاتین و عمل‌کرد آن پس از لایه‌نشانی داشته است. جف کاتلر مدیر علوم در ارتباط با صنایع چشمه‌ی نور کانادا می‌گوید خط‌باریکه‌ی میکروآنالیز با پرتوهای x‌ سخت ^[4](HXMA) یکی از بهترین تأسیسات در دنیا برای انجام این نوع تحقیقات در نانوفناوری‌ست و چشمه‌ی نور کانادا نیز یکی از بهترین تأسیسات آزمایشگاهی برای انجام تحقیقات در بهتر‌کردن فناوری یاخته‌های سوختی‌ست. همکاری با صنایع درگیر در کار ساخت یاخته‌های سوختی می‌تواند بینش‌هائی را که برای تولید نسل‌ بعدی یاخته‌های سوختی لازم است فراهم کند.

نینگ چنگ (یکی از نویسندگان مقاله) و خط‌باریکه‌ی HXMA‌

منبع:

Scientists discover how to build cheaper, more efficient fuel cells
May 23, 2013
Canadian Light Source, News
http://www.lightsource.ca/news/media_release_20130523.php

[1] Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
[2] Canadican Light Source
[3] Atomic Layer Deposition
[4] Hard X-ray Micro-analysis beamline