تبلیغات
سر فصلی از مهندسی شیمی - فناوری‌‌نانو به کمک پیل‌های سوختی می‌آید
 
صفحه نخست       تماس با مدیر       پست الکترونیک      RSS       ATOM
سر فصلی از مهندسی شیمی
 
فناوری‌‌نانو به کمک پیل‌های سوختی می‌آید

پیل سوختی پلیمری از جمله مهمترین انواع پیل‌های سوختی است که برای بالا بردن بازده آن، از کاتالیزور گران‌قیمت پلاتین استفاده می‌شود. اشاره شد که این مسئله باعث بالا رفتن قیمت پیل‌های پلیمری می‌گردد. در این مقاله می‌خواهیم به بررسی نقش فناوری‌نانو در پیل‌های سوختی پلیمری بپردازیم.منبع

ادامه مقاله در ادامه مطلب

مرز سه فازی
در الکترودهای پیل سوختی پلیمری از کاتالیزور پلاتین استفاده می‌شود. آرایش اجزاء در این پیل به نحوی است که الکترولیت یا غشا بین دو الکترود قرار می‌گیرد (شکل‌های 1 و 2 را ببینید).


شکل 1. نمایی از اجزاء پیل سوختی


شکل 2. نمایی کلی از پیل سوختی

کاتالیزور پلاتین تنها در نقاطی که در تماس با الکترود و الکترولیت باشد، می‌تواند واکنش‌های پیل سوختی را کاتالیز یا تسریع نماید. به این نقاط «مرز سه فازی» می‌گویند (شکل 3).


شکل 3. مرز سه فازی در پیل‌های سوختی

در گذشته الکترود پیل سوختی پلیمری، از پلاتین ساخته می‌شد. اما امروزه به دو علت این کار انجام نمی‌شود:
یک: در نتیجه‌ی ساخت این الکترودها، مقدار زیادی پلاتین، مصرف شده و قیمت پیل سوختی پلیمری بسیار گران می‌شد.
دو: تعداد مولکول‌های پلاتینی که می‌توانند روی سطح قرار گیرند و با الکترولیت در تماس باشند (یعنی در مرز سه فازی قرار گیرند) بسیار کمتر از کل مولکول‌های پلاتین است. این یعنی اینکه بیشتر مولکول‌های پلاتین نمی‌توانند نقش کاتالیزوری داشته باشند و در واقع، مولکول‌های پلاتینی که روی سطح قرار ندارند به هدر می‌روند. به بیانی دیگر چون تعداد مولکول‌های پلاتین در مرز سه فازی کم بود، بازده پیل سوختی هم پایین بود.
بنابراین، برای حل این مشکل باید دو مسئله رفع می‌شد:
1) مقدار پلاتین مصرفی در ساخت پیل سوختی کاهش می یافت.
2) سطح بیشتری از مولکول‌های پلاتین در دسترس قرار می‌گرفتند.

راه حل
یک راه برای رفع مشکلات مذکور این بود که پلاتین را بر روی ماده‌ای که سطح زیادی دارد پخش کنند. این ماده که بستر نام گرفت علاوه بر داشتن سطح زیاد، بایستی رسانا هم می‌بود. امروزه از انواع مختلف کربن به عنوان بستر پیل‌های سوختی پلیمری استفاده می‌شود. علت اصلی انتخاب کربن به عنوان بستر، ویژگی‌های بی‌نظیر این ماده است که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
1. قیمت ارزان
2. هدایت الکتریکی بالا
3. مقاومت زیاد در برابر خوردگی
4. پایداری خوب شیمیایی

نقش بستر چیست؟
با پخش کردن پلاتین بر روی کربن، اندازه ذرات پلاتین به حدود 2 نانومتر یا کمتر میرسد. همان‌طور که می‌دانیم وقتی ذرات به ابعاد نانومتری برسند، سطح تماس‌شان به طور چشم‌گیری افزایش می‌یابد، در نتیجه با توزیع پلاتین بر روی یک بستر کربنی، می‌توان با مقدار بسیار کمتر پلاتین به سطح تماس زیادتری دست پیدا کرد. با این کار هم مقدار استفاده از پلاتین کم می‌شود و هم سطح پلاتین بیشتری در دسترس خواهد بود. علاوه بر این به علت واکنش‌های بین پلاتین و بستر، امکان دارد ساختار الکترونیکی اتم‌های پلاتین بهبود یابد که این امر باعث افزایش جزئی فعالیت کاتالیزوری می‌شود. به علاوه، این برهمکنش‌ها، موجب می‌گردد که ذرات پلاتین بر روی بستر گیر کنند، بنابراین ذرات پلاتین دیرتر کلوخه می‌شوند. کلوخه شدن ذرات پلاتین باعث کاهش سطح تماس آنها می‌شود.

دستاوردهای فناوری‌نانو
با استفاده ار فناوری‌نانو می‌توان الکترودهایی سبک، نازک و ارزان قیمت تهیه کرد که نسبت به الکترودهای معمولی بازده بهتری دارند. در این زمینه می‌توان از نانوفیبرهای‌کربنی، نانولوله‌های‌کربنی یا ترکیباتی که دارای حفره‌هایی با اندازه نانومتری دارند استفاده کرد (شکل 4). در این میان نانولوله‌های کربنی بیش از سایرین مورد توجه واقع شده‌اند.


شکل 4. توزیع پلاتین بر روی نانو فیبرهای‌کربنی.

نانولوله‌های کربنی شکل جدید از کربن هستند که می‌توانند تک‌دیواره و یا چنددیواره باشند. این مواد دارای خواص جالبی (نسبت طول به عرض بالا، مقاومت زیاد در برابر خوردگی، هدایت الکتریکی خوب و ...) هستند. (برای مطالعه بیشتر به مقالات مرتبط به نانولوله‌های کربنی در سایت مراجعه کنید.) به علت همین ویژگی‌های منحصر به فرد نانولوله‌های کربنی، امروزه آنها گزینه‌ای مناسب برای بستر پلاتین در پیل‌های سوختی پلیمری به شمار می‌روند. شکل 5 نانولوله‌های کربنی را نشان داده می‌دهد که پلاتین بر روی آنها قرار گرفته است. همان‌طور که در شکل دیده می‌شود با قرار دادن پلاتین بر روی کربن، ذرات پلاتین کوچک شده‌اند.


شکل 5. توزیع پلاتین بر روی نانولوله‌های‌کربنی

به کمک نانولوله‌های‌کربنی می‌توان با استفاده از مقدار کمتری از پلاتین به سطح تماس زیادی دست پیداکرد. در این صورت مقدار مصرف پلاتین و قیمت پیل سوختی کمتر می‌شود.

نتیجه‌گیری
با توجه به مطالبی که در این سه مقاله گفته شد، هیدروژن می‌تواند به عنوان سوختی جایگزین در آینده در نظر گرفته شود. ابزار این کار پیل‌های سوختی است و ازاین‌رو توسعه این دستگاه‌ها به عنوان وسیله تولید الکتریسیته اهمیت زیادی دارد. برای تجاری سازی پیل‌های سوختی باید تلاش کرد تا قیمت آنها را پایین آورد. در این زمینه فناوری‌نانو می‌تواند نقش مهمی داشته باشد و به تولید پیل‌های سوختی با قیمت کمتر و بازده بیشتر کمک کند. نانوفیبرهای‌کربنی، نانولوله‌های‌کربنی یا ترکیباتی که دارای حفره‌هایی با اندازه نانومتری دارند، پیشنهادهای فناوری‌نانو برای بهبود عملکرد پیل‌های سوختی هستند.





نوع مطلب :
برچسب ها :


درباره وبلاگ

روزی در آخر ساعت درس یك دانشجوی دوره دكترای نروژی ، سوالی مطرح كرد: استاد،شما كه از جهان سوم می آیید،جهان سوم كجاست ؟؟ فقط چند دقیقه به آخر كلاس مانده بود.من در جواب مطلبی را فی البداهه گفتم كه روز به روز بیشتر به آن اعتقاد پیدا می كنم.به آن دانشجو گفتم: جهان سوم جایی است كه هر كس بخواهد مملكتش را آباد كند،خانه اش خراب می شود و هر كس كه بخواهد خانه اش آباد باشد باید در تخریب مملكتش بكوشد.

پروفسورحسابی
مدیر وبلاگ : ابراهیم سیفی

آرشیو وبلاگ
نویسندگان
Online User
آمار وبلاگ
کل بازدید :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل پست ها :
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :