اولین گام تولید پیشرفته ترین پیل های سوختی جهان در ایران برداشته شد

به گزارش ایرنا، پیل های سوختی اسید جامد، نسل جدیدی از پیل های سوختی هستند كه در آنها از اسیدهای جامد به عنوان الكترولیت استفاده می شود و در حال حاضر از میان تركیبات اسید جامد، تركیب CsH2PO4 (سزیم - دی هیدروژن - فسفات)، پركاربردترین و مناسب ترین تركیب برای استفاده در پیل های سوختی به شمار می آید.
الكترولیت های حالت جامد به دلیل تسهیل در امر انتقال پروتون بدون آب، آینده درخشانی برای كاربرد در پیل های سوختی دارند و بازده بالا، عدم خوردگی در پیل، امكان ساخت پیل در ابعاد مختلف و هزینه ساخت كم، از جمله مزایای اینگونه پیل ها است.

تاریخچه پیل سوختی اسید جامد :
پیل سوختی اسید جامد در سال 2004 میلادی برای اولین بار در سطح آزمایشگاهی به نمایش درآمد و امروزه استك هایی با ظرفیت1.4 كیلو وات با این فناوری ساخته شده است.
در سال 2009 میلادی، شركت كانادایی سافسل با هدف تجاری سازی پیل سوختی اسید جامد تأسیس شد و تاكنون موفق شده است آن را برای كاربردهای نظامی و استفاده برای تأمین برق كمكی توسعه دهد و استك های تولیدی، توسط این شركت از چند 10 وات تا چند 10 كیلو وات ظرفیت دارند.
در سال 2011 میلادی، این شركت استكی با توان تولیدی 1.4 كیلووات برای شركت نروژی نوردیك ساخت كه با یك ریفورمر دیزلی یكپارچه شده است و از سوخت دیزلی استفاده می كند.
در سال 2014میلادی، این شركت به سفارش ارتش آمریكا، اقدام به ساخت استك های 50 واتی كرد كه قابلیت پوشیدن توسط سربازان را داشته باشند.
و نهایتا در سال 2015میلادی، اولین پیل سوختی اسید جامد با قابلیت تبدیل پروپان به برق به وسیله این شركت 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 كردند كه خوشبختانه اولین گام این حركت به خوبی و با موفقیت برداشته شده است.
مجری طرح تحقیقاتی شبیه سازی پیل سوختی اسید جامد با الكترولیت 'سزیم - دی هیدروژن - فسفات' در رابطه با جزئیات این طرح به خبرنگار علمی ایرنا گفت: در این كار، مدل سه بعدی برای یك پیل سوختی اسید جامد صفحه ای توسعه داده شده و در نهایت منحنی های عملكردی 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.
محمدرضا اوصافی با بیان اینكه اكنون حدود 8 تا 9 نوع پیل سوختی وجود دارد كه تفاوتشان در نوع الكترولیت آنهاست، افزود: پیل سوختی به طور كلی از سه بخش الكترود كاتد، الكترود آند و الكترولیت تشكیل می شود و تفاوت این پیل سوختی اسید جامد با دیگر انواع آن در الكترولیت است زیرا ما براساس نوع نیازمان، نوع الكترولیت پیل را انتخاب می كنیم تا توان های الكتریكی مختلفی از آن گرفته شود.
وی كه دانش آموخته كارشناسی ارشد مهندسی شیمی گرایش جداسازی و طراحی فرآیند دانشگاه صنعتی امیركبیر است و بیش از یكسال زمان برای این طرح تحقیقاتی صرف كرده است، خاطرنشان كرد: در این پیل های جدید، الكترولیت از نوع اسید جامد است كه ما از اسید جامد 'سزیم - دی هیدروژن - فسفات' استفاده كردیم كه این تركیب به تنهایی و به صورت خالص، شكننده و ضعیف است و حتی در آب حل می شود بنابراین از كامپوزیت های آن استفاده كردیم و یك ماده سخت تر را به عنوان پایه قرار دادیم.
اوصافی در تشریح مزایای پیل های سوختی اسید جامد توضیح داد: مقاومت مناسب الكترولیت در برابر ناخالصی هایی مانند مونوكسید كربن CO در سوخت از جمله ویژگی های قابل توجه این پیل هاست كه همین مقاومت مناسب در برابر مسمومیت ناشی از ناخالصی های سوخت، نیاز به تصفیه سوخت های ریفورم شده را برطرف می كند.
وی عدم خوردگی و عمر طولانی را از دیگر مزایای این نوع پیل ها ذكر كرد و گفت: پیل های اسید جامد، بدون رطوبت كار می كنند و همین باعث می شود به مرور زمان، دچار خوردگی نشوند درصورتیكه 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 الكترولیت CsH2PO4، در زمان های بیشتر از دو هزار ساعت در سوخت های مختلف ثابت شده است و البته این طول عمر به نوع كامپوزیت و دمایی كه پیل در آن كار می كند بستگی دارد.
وی حذف كاتالیست های فلزات گران قیمت را از دیگر مزایای پیل های سوختی اسید جامد برشمرد و گفت: در ساختار كاتالیست پیل های سوختی رایج، اغلب از فلزات گران قیمتی مانند پلاتین یا نیكل استفاده می شود اما از آنجا كه پیل های سوختی جدید در دماهای میانه ( حدود 200 تا 250 درجه سانتیگراد) كار می كند می توان از كاتالیست های ارزان قیمت تری برای ساخت آن استفاده كرد.
اوصافی، انعطاف پذیری در انتخاب سوخت را به عنوان دیگر مزیت مهم پیل های سوختی اسید جامد معرفی كرد و گفت: در این پیل ها می توان از سوختهای مختلفی مانند هیدروژن، سوختهای دیزلی، اتانول و متانول استفاده كرد و همین ویژگی باعث كاربرد گسترده آنها شده و در كشوری مانند آمریكا از این نوع پیل ها در صنایع نظامی، استقبال خوبی شده است.
به گفته به جدید بودن موضوع تحقیق در كشور اشاره كرد و گفت: تا الان روی شبیه سازی این نوع پیل ها در كشور كار نشده بود و همین كار ما را مقداری سخت كرده بود از همین رو شبیه سازی پیل حدود یكسال به طول انجامید.
وی تصریح كرد: شبیه سازی، روشی است كه از هزینه های اضافی جلوگیری می كند چون كار در آزمایشگاه دشوار و پر هزینه است و از طرف دیگر، تمام امكانات همیشه فراهم نیست و ممكن است فرآیند آزمایش، ماهها طول بكشد و در نهایت، شاید نتیجه ای هم از آن به دست نیاید.
اوصافی افزود: اما شبیه سازی به ما كمك می كند قبل از ساخت پیل، پیش بینی كنیم كه چه توان الكتریكی را می توان از این پیل گرفت و یا اینكه چه شدت جریانی را می تواند برای ما تولید كند.
وی خاطرنشان كرد: در این طرح تحقیقاتی كه با راهنمایی دكتر 'منصور كلباسی' استاد دانشگاه صنعتی امیركبیر انجام گرفته، مدل سه بعدی و نمودارهای مختلف طراحی شد كه مهم ترین آن نمودار پولاریزاسیون ( شدت جریان و توان الكتریكی 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 عملكردی 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 كاهش 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 كار می كنند.
به عنوان مثال، یكی از ورودی های این پیل ها هوا است كه به عنوان اكسید كننده عمل می كند و یك سوخت وارد آن می شود كه می تواند هیدروژن باشد كه در این شرایط ، خروجی آن انرژی برق و مقداری آب است كه هیچ آلودگی زیست محیطی ندارد.
علمی**1055**1440