بازدهی و طول عمر پیل سوختی با اعمال پوشش نانومتری افزایش یافت - وبلاگ جیرا

به گزارش وبلاگ جیرا، پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان با استفاده از پوشش نانومتری روی صفحات دوقطبی فلزی پیل سوختی پلیمری توانستند بازدهی و طول عمر آن ها را افزایش دهند.

به گزارش گروه فناوری وبلاگ جیرا، صفحات دوقطبی فلزی پیل سوختی پلیمری بیشترین هزینه را در ساخت پیل سوختی دارند و ستون اصلی در فراوری پیل سوختی به حساب می آیند. به همین منظور در این پژوهش که توسط پژوهشگران دانشگاه صنعتی اصفهان صورت گرفته است، صفحات دوقطبی فلزی پیل سوختی پلیمری به منظور بهبود توان فراوریی نهایی، کاهش خوردگی صفحات و بهبود عمر آن، فراوری و با استفاده از پوشش چندلایه نانومتری نیتریدی اصلاح سطحی شدند. هدف از این پژوهش، ساخت صفحات دوقطبی پیل سوختی با مقاومت به خوردگی بالا و مقاومت تماسی فصل مشترک پایین به منظور بهبود کیفیت نهایی آن به عنوان سامانه ای زیست سازگار بوده است.

شریف جنت فارغ التحصیل کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد از دانشگاه صنعتی اصفهان درباره انگیزه طرح این پژوهش گفت: یکی از شیوه های اساسی که فناوری آن در دهه اخیر به سرعت توسعه یافته است استفاده از پیل های سوختی برای تأمین هم زمان الکتریسیته و حرارت به روش الکتروشیمیایی است. در این روش که به عبارتی می توان آن را عمل الکترولیز معکوس قلمداد کرد، انرژی الکتریکی به وسیله انجام واکنش الکتروشیمیایی بدون احتراق استخراج می گردد و نهایتاً به فراوری برق، آب و حرارت می انجامد. این روش در مقایسه با سایر روش ها از کارایی زیادی برخوردار بوده و آلودگی بسیار کمی فراوری می نماید. با توجه به اینکه پیل های سوختی به صورت شیمیایی برق فراوری می نمایند، خیلی بهتر از احتراق خواهند بود. آن ها محدودیت قوانین ترمودینامیک واحد های فراوری قدرت مرسوم را ندارند و بازده بسیار بیشتری در فراوری انرژی از یک سوخت خواهند داشت. همچنین با افزایش هر چه بیشتر بازدهی سیستم می توان اتلاف گرما از برخی پیل های سوختی را مهار کرد. پیل های سوختی به عنوان سامانه ای زیست سازگار با بازدهی فراوری انرژی الکتریکی بالا و آلودگی بسیار کم، امروزه در صنایع خودروسازی و صنایع انرژی در فراوری الکتریسیته، وسایل نقلیه هیبریدی و حمل ونقل مورد توجه قرار گرفته اند. با توجه به افزایش نرخ آلودگی صنعتی و گرم شدن کره زمین به دلیل استفاده از سوخت های فسیلی، استفاده از سامانه های انرژی زیست سازگار مورد توجه محققین و دانشمندان قرارگرفته است.

وی درباره شیوه این طرح گفت: در این پژوهش صفحات دوقطبی از جنس فولاد زنگ نزن آستنیتی 316 L پیل سوختی غشا پلیمری PEMFC که مهم ترین قسمت و درواقع ستون اصلی پیل سوختی به حساب می آیند به منظور افزایش بازدهی و بهبود توان خروجی پیل، فراوری و توسط روش رسوب فیزیکی بخار قوس کاتدی پوشش دهی شدند و تحت آزمون های مختلف قرار گرفتند تا به استاندار های مشخص شده برای پیل سوختی توسط دپارتمان انرژی آمریکا DOE برسند. در این طرح از آزمون های پراش پرتو ایکس XRD و میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM برای مشخصه یابی ترکیب شیمیایی سطح صفحات دوقطبی و از آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی- گسیل میدانی FE-SEM به منظور مشخص اندازه و ضخامت لایه های پوشش نانومتری بهره گیری شد. همچنین آزمون های الکتروشیمیایی خوردگی نظیر پلاریزاسیون پتانسیواستاتیک PSPT و پلاریزاسیون پتانسیودینامیک PDPT و آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی EIS به منظور آنالیز مقاومت به خوردگی صفحات دوقطبی فراوریی در شرایط عملیاتی پیل و آنالیز طول عمر آن ها انجام گرفت. آزمون اندازه گیری مقاومت تماسی فصل مشترک ICR نیز به منظور ارزیابی راهنمایی الکتریکی صفحات و آزمون ترشوندگی WA نیز به منظور آنالیز خواص آبگریزی صفحات دوقطبی صورت گرفت.

پژوهشگر دانشگاه صنعتی اصفهان درباره نتایج مهم و کلیدی این کار تحقیقاتی گفت: افزایش مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی تقریباً 1000 برابری صفحات دوقطبی در شرایط کاتدی شبیه سازی شده پیل سوختی، افزایش خواص آبگریزی با افزایش زاویه ترشوندگی صفحات دوقطبی که به کاهش نرخ خوردگی و افزایش عمر صفحات یاری می نماید و کاهش مقاومت تماسی فصل مشترک صفحات دوقطبی و به دنبال آن افزایش راهنمایی الکتریکی صفحات، از نتایج مهم این طرح پژوهشی است که همه این موارد ناشی از به کارگیری پوشش نانومتری با نرخ رسوب و چسبندگی مناسب به صفحات است و منجر به افزایش توان فراوری انرژی الکتریکی پیل، افزایش عمر پیل سوختی و نهایتاً رسیدن به بالاترین کیفیت در شرایط عملیاتی می گردد.

شریف جنت معتقد است این طرح قابلیت تجاری شدن دارد و به همین منظور باید کارگروه های تخصصی در سطح کشور متشکل از افراد خبره در زمینه انرژی از رشته های مختلف از جمله مهندسی برق، مکانیک، مواد، شیمی و ... تشکیل گردد تا تمامی بخش های اجرایی از صفر تا صد موردمطالعه گسترده قرار گرفته و قدم در فراوری صنعتی این سامانه برداشته گردد.

وی درباره کار هایی که در ادامه این طرح می توان انجام داد گفت: طرح های بسیاری در این زمینه می توان تعریف کرد؛ ازجمله تغییر نوع و جنس پوشش برای صفحات دوقطبی، به کارگیری روش های پوشش دهی متنوع و استفاده از همین صفحات دوقطبی ساخته شده در سایر پیل های سوختی نظیر پیل سوختی متانولی که نهایتاً در جهت بهبود توان فراوریی پیل سوختی انجام خواهد گرفت.

این کار پژوهشی که حاصل یک پروژه دانشگاهی است و با همکاری شریف جنت فارغ التحصیل کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد از دانشگاه صنعتی اصفهان و نویسنده اول مقاله و چندتن از پژوهشگران و اعضای هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان و دانشگاه بوعلی سینا همدان صورت گرفته،