افزایش بازدهی و طول عمر پیل‌های سوختی با پوشش‌ نانومتری

گروهی از محققان دانشگاه‌های صنعتی اصفهان و بوعلی سینا همدان با انجام مطالعاتی توانستند با استفاده از پوشش‌های نانومتری روی صفحات دوقطبی فلزی، کیفیت نهایی پیل‌های سوختی و طول عمر آن را افزایش دهند.

به گزارش آردی نیوز به نقل از ایسنا، شریف جنت فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد از دانشگاه صنعتی اصفهان با بیان اینکه صفحات دوقطبی فلزی پیل سوختی پلیمری، بیشترین هزینه را در ساخت پیل سوختی دارند و ستون اصلی در تولید پیل سوختی محسوب می‌شود، گفت: پیل‌های سوختی امکان تأمین هم‌زمان الکتریسیته و حرارت به روش الکتروشیمیایی را دارد و در این مطالعات روشی که می‌توان آن را عمل الکترولیز معکوس قلمداد کرد، را ارائه کردیم. در این روش انرژی الکتریکی از طریق انجام واکنش الکتروشیمیایی بدون احتراق استخراج می‌شود و نهایتاً به تولید برق، آب و حرارت می‌انجامد.

وی با تاکید بر اینکه این روش در مقایسه با سایر روش‌ها از کارایی زیادی برخوردار بوده و آلودگی بسیار کمی تولید می‌کند، خاطر نشان کرد: با توجه به اینکه پیل‌های سوختی به‌صورت شیمیایی برق تولید می‌کنند، خیلی بهتر از احتراق خواهند بود؛ چراکه پیل‌های سوختی محدودیت قوانین ترمودینامیک واحدهای تولید قدرت مرسوم را ندارند و بازده بسیار بیشتری در تولید انرژی از یک سوخت خواهند داشت. همچنین با افزایش هرچه بیشتر بازدهی سیستم می‌توان اتلاف گرما از بعضی پیل‌های سوختی را مهار کرد.

به گفته این محقق پیل‌های سوختی به‌عنوان سامانه‌ای زیست‌سازگار با بازدهی تولید انرژی الکتریکی بالا و آلودگی بسیار کم، امروزه در صنایع خودروسازی و صنایع انرژی در تولید الکتریسیته، وسایل نقلیه هیبریدی و حمل‌ونقل مورد توجه قرار گرفته‌اند. با توجه به افزایش نرخ آلودگی صنعتی و گرم‌شدن کره زمین به دلیل استفاده از سوخت‌های فسیلی، استفاده از سامانه‌های انرژی زیست‌سازگار مورد توجه محققان و دانشمندان قرار گرفته است.

جنت، درباره شیوه این طرح گفت: در این پژوهش صفحات دوقطبی از جنس فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ۳۱۶L پیل سوختی غشا پلیمری PEMFC که مهم‌ترین قسمت و در واقع ستون اصلی پیل سوختی به‌حساب می‌آیند به‌منظور افزایش بازدهی و بهبود توان خروجی پیل، تولید و توسط روش رسوب فیزیکی بخار قوس کاتدی پوشش‌دهی شدند و تحت آزمون‌های مختلف قرار گرفتند تا به استاندارهای تعیین‌شده برای پیل سوختی توسط دپارتمان انرژی آمریکا DOE برسند.

پژوهشگر دانشگاه صنعتی اصفهان درباره نتایج مهم و کلیدی این کار تحقیقاتی اظهار کرد: افزایش مقاومت به خوردگی الکتروشیمیایی تقریباً هزار برابری صفحات دوقطبی در شرایط کاتدی شبیه‌سازی‌شده پیل سوختی، افزایش خواص آبگریزی با افزایش زاویه ترشوندگی صفحات دوقطبی که به کاهش نرخ خوردگی و افزایش عمر صفحات کمک می‌کند و کاهش مقاومت تماسی فصل مشترک صفحات دوقطبی و به دنبال آن افزایش هدایت الکتریکی صفحات، از نتایج مهم این طرح پژوهشی است که همه این موارد ناشی از به‌کارگیری پوشش نانومتری با نرخ رسوب و چسبندگی مناسب به صفحات است و منجر به افزایش توان تولید انرژی الکتریکی پیل، افزایش عمر پیل سوختی و نهایتاً رسیدن به بالاترین کیفیت در شرایط عملیاتی می‌شود.

شریف جنت یادآور شد: این طرح قابلیت تجاری‌شدن دارد و به همین منظور باید کارگروه‌های تخصصی در سطح کشور متشکل از افراد خبره در زمینه انرژی از رشته‌های مختلف از جمله مهندسی برق، مکانیک، مواد، شیمی و غیره تشکیل شود تا تمامی بخش‌های اجرایی از صفر تا صد موردمطالعه گسترده قرار گرفته و قدم در تولید صنعتی این سامانه برداشته شود.

این پژوهش حاصل یک پروژه دانشگاهی است که با همکاری شریف جنت فارغ‌التحصیل کارشناسی‌ارشد رشته مهندسی مواد از دانشگاه صنعتی اصفهان و نویسنده اول مقاله و چندتن از پژوهشگران و اعضای هیئت‌علمی دانشگاه صنعتی اصفهان و دانشگاه بوعلی سینا همدان انجام شده و مقاله‌ آن با عنوان Preparation and performance of nanometric Ti/TiN multi-layer physical vapor deposited coating on ۳۱۶L stainless steel as bipolar plate for proton exchange membrane fuel cells  در مجله Journal of Power Sources  با ضریب تأثیر ۷٫۴۶۷ (سال ۲۰۱۹) به چاپ رسیده است.