استفاده از نانوذرات در الیاف پنبه برای تولید پیل‌سوختی هیبریدی

یافته‌های اخیر محققان نشان می‌دهد که در آینده‌ی نزدیک می‌توان از الکترودهای ساخته شده از الیاف پنبه در پیل‌های زیست‌سوختی حاوی گلوکز استفاده کرد و در نهایت پیل‌هایی برای تأمین انرژی قطعات قابل کاشت در بدن ساخت.

محققان مؤسسه‌ی فناوری جرجیا با همکاری پژوهشگرانی از کره جنوبی موفق به ساخت پیل سوختی جدیدی شده‌اند. این پیل‌ سوختی می‌تواند دو برابر بیشتر از پیل‌های سوختی رایج انرژی تولید کند و امکان استفاده از آن به همراه ابرخازن‌ها و باتری‌ها در ادوات قابل کاشت در بدن وجود دارد.

این تیم تحقیقاتی در این پروژه از نانوذرات طلا به همراه پنبه استفاده کردند تا هدایت الکتریکی الکترودها را افزایش داده و در نهایت کارایی پیل سوختی را بهبود دهند. با این کار آن‌ها می‌توانند به یکی از چالش‌های بزرگ در مسیر توسعه‌ی پیل‌های سوختی زیستی غلبه کنند. در پیل‌های سوختی، اتصال آنزیم اکسیدکننده‌ی گلوکز به الکترود همیشه کاری چالش‌برانگیز بوده‌ است.

این گروه با روش آرایش لایه‌به‌لایه توانستند از نانوذرات طلا در ساخت الکترود استفاده کنند . استفاده از نانوذرات طلا هم موجب بروز رفتار الکتروکاتالیستی در کاتد و هم باعث افزایش هدایت الکتریکی در آند شده و در نهایت ظرفیت را 3.7 میلی‌وات در هر سانتی‌متر مربع افزایش می‌دهد.

سونگ وو لی از مؤسسه‌ی فناوری جرجیا می‌گوید: « ما می‌توانیم از این ابزار به عنوان منبعی برای تبدیل انرژی شیمیایی گلوکز به انرژی الکتریکی استفاده کنیم. روش لایه‌نشانی لایه‌به‌لایه می‌تواند به دقت لایه‌نشانی نانوذرات و آنزیم را انجام داده و دانسیته توان پیل‌سوختی را افزایش دهد.»

تولید الکترود از الیاف پنبه‌ی متخلخل آغاز می‌شود. نانوذرات طلا به قطر 8 نانومتر به این الیاف اضافه می‌شوند که این کار با مواد اتصال‌دهنده‌ی آلی صورت می‌گیرد. برای ایجاد آند اکسیدکننده‌ی گلوکز، محققان آنزیمی با گروه آمینی به این الکترودها اضافه کردند. کاتد این پیل می‌تواند اکسیژن را احیاء کند. تخلخل پنبه موجب افزایش تعداد لایه‌های طلا می‌شود که این کار میزان فعالیت الکتروشیمیایی را بهبود می‌دهد.