بهبود فرایند تولید هیدروژن برای سوخت پیل‌های سوختی با نانومواد

محققان دانشگاه مازندران در تحقیقات خود به بررسی آزمایشگاهی استفاده از نانومواد جهت بهبود و تسریع فرایند تولید گاز هیدروژن به عنوان سوخت مورد نیاز پیل‌های سوختی پرداختند.

کد خبر: ۱۲۰۰۰۲۱

تاریخ: ۱۶ آذر ۱۳۹۴ - ۱۴:۳۳

به گزارش خبرگزاری دانا، به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، با توجه به نیاز روزافزون بشر به استفاده از یک منبع انرژی جایگزین سوخت‌های فسیلی، پیل‌های سوختی گزینه‌ی بسیار مناسبی هستند. در یک پیل سوختی، انرژی شیمیایی موجود در سوخت به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. مولکول هیدروژن به علت داشتن دانسیته‌ انرژی زیاد و همچنین به عنوان یک سوخت پاک، یکی از سوخت‌های مناسب برای پیل‌های سوختی هیدروژن- اکسی‍ژن به شمار می‌رود.

پروفسور جهانبخش رئوف مجری این طرح با بیان اینکه مشکل استفاده از گاز هیدروژن در این زمینه، بحث ذخیره سازی این گاز در کپسول‌های تحت فشار است، عنوان کرد: یک راه حل پیشنهادی برای این معضل، تولید الکتروشیمیایی هیدروژن در محل ورودی سوخت در یک پیل سوختی است.

وی افزود: اما این فرایند از سینتیک انتقال الکترون کندی در سطح الکترودهای متداول برهنه برخوردار است که هدف این کار تحقیقاتی، اصلاح سطح الکترود با استفاده از نانومواد، به منظور افزایش سینتیک واکنش رهاسازی هیدروژن(HER) بوده است.

رئوف افزود: در واقع با اصلاح مناسب سطح الکترود، می‌توان سرعت انتقال الکترون را در سطح آن تسریع کرد. در این طرح، با استفاده از نانو چندسازه‌ی مس- نانو متخلخل کربنی مشتق شده از شبکه آلی فلزی MOF-۱۹۹، این هدف محقق شده است.

وی ادامه داد: طبق نتایج بدست آمده، حضور این نانو چندسازه در سطح الکترود اصلاح شده موجب بهبود فرایند انتقال الکترون برای واکنش« HER » می شود. به عبارتی، این الکترود اصلاح شده امکان تهیه‌ الکتروشیمیایی سریعتر و راحت‌تر گاز هیدروژن به عنوان سوخت پاک برای پیل‌های سوختی هیدروژن- اکسیژن را فراهم می‌کند.

وی گفت: همچنین، به دلیل عدم به کارگیری فلز گران قیمت پلاتین در ساختار الکترود، موجب کاهش قیمت و صرفه‌ اقتصادی برای تولید گاز هیدروژن خواهد شد.

رئوف اظهار داشت: تولید انرژی الکتریکی از پیل‌های سوختی، نظیر پیل سوختی هیدروژن- اکسیژن که منجر به تولید آب به عنوان محصول نهایی این فرآیند می‌ شود، به عنوان انرژی پاک، هیچ گونه آلودگی زیست محیطی ندارد.

ویبیان کرد: برای این منظور، از چندسازه‌ی مس- نانو متخلخل کربنی مشتق شده از شبکه آلی فلزی مس- بنزن تری کربوکسیلیک اسید Cu۳(BTC)۲، با نام دیگر« MOF-۱۹۹ » به عنوان کاتالیزور غیر پلاتینی استفاده شد. در این راستا، روش کربونیزاسیون مستقیم شبکه آلی فلزی، بدون اضافه کردن منبع کربنی خارجی برای تهیه‌ی این نانو چندسازه به کار رفته است.

وی ادامه داد: پس از مشخصه‌یابی نانو چندسازه مس- نانو متخلخل کربنی تهیه شده، آن را به روش فراصوت در حلال اتانول پخش کرده و سوسپانسیون یکنواختی تهیه شد و بر روی سطح الکترود کربن شیشه‌ای بدون هیچ عامل اتصال دهنده‌ای، قطره گذاری شد. در ادامه، عملکرد الکتروکاتالیزوری نانو چندسازه‌ موجود بر سطح الکترود کربن شیشه‌ای برای فرایند «HER» در محلول سولفوریک اسید به روش ولتامتری روبش خطی (LSV) بررسی شد.

وی گفت: نتایج الکتروشیمیایی، تسهیل انتقال الکترون در فرایند کاهش یون هیدروژن در محیط اسید سولفوریک را در گستره‌ پتانسیل‌های مثبت‌تر با دانسیته‌ جریان بیشتر نسبت به الکترودهای اصلاح نشده، نشان داده است.

این تحقیقات از همکاری پروفسور جهانبخش رئوف، دکتر سید رضا حسینی زوارمحله، پروفسور رضا اوجانی، اعضای هیات علمی دانشگاه مازندران و سکینه ماندگار زاد، دانشجو دکتری شیمی تجزیه این دانشگاه حاصل شده است. نتایج این کار در مجله‌ Energy (جلد ۹۰، بخش ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۰۷۵ تا ۱۰۸۱) چاپ شده است.