این اختراع به بررسی روشی برای ساخت پیل سوختی با قابلیت ذخیره‌سازی هیدروژن مبتنی بر نانومواد می‌پردازد. این نانومواد شامل فولرین، نانولوله‌های کربنی، نانوشاخ‌های کربنی، نانوالیاف کربنی، فولرین‌های کپسوله کننده فلزات می‌باشند.
معرفی پتنت هفته: منبع ذخیره هیدروژن پیل‌های سوختی مبتنی بر نانومواد
عنوان فارسی: منبع ذخیره هیدروژن پیل‌های سوختی مبتنی بر نانومواد
عنوان انگلیسی: Fuel cell
شماره پتنت: ۴۳۱/۷۰۶/۶
نام پدیدآورندگان: Kawamura; Naotake, Ota; Kazuhide, Inouye; Ken K.
تاریخ ثبت: March 16, 2004
چکیده
این اختراع به بررسی روشی برای ساخت پیل سوختی با قابلیت ذخیره‌سازی هیدروژن مبتنی بر نانومواد می‌پردازد. این نانومواد شامل فولرین، نانولوله‌های کربنی، نانوشاخ‌های کربنی، نانوالیاف کربنی، فولرین‌های کپسوله کننده فلزات می‌باشند.
پیل‌های سوختی بدون ایجاد احتراق، از ترکیب اکسیژن و هیدروژن، آب و انرژی الکتریسیته تولید می‌کنند. این فرآیند دقیقاً عکس فرآیند الکترولیز است. از این پیل‌ها می‌توان در لوازم الکترونیکی استفاده کرد که این کار منوط به حل مشکلات هزینه بالای آن و پایداری و دوام کم آن است.
هر پیل سوختی از دو الکترود (آند و کاتد) و یک غشاء تشکیل شده است. غشاء به صورت ساندویچی شکل، بین آند و کاتد قرار دارد. سوخت هیدروژن در آند ذخیره می‌شود، که کاتالیستی مانند پلاتین یا آلیاژهایش، واکنش اکسیداسیون گاز هیدروژن را موجب می‌شوند. از اکسیداسیون گاز هیدروژن، +H و الکترون ایجاد می‌شود. +H از غشاء عبور کرده و به کاتد می‌رسد ولی الکترون با کمک مدار الکتریکی از مجموعه خارج می‌شود و به شکل الکتریسته وارد مدار دستگاه مصرف کننده می‌شود. در سوی دیگر اکسیژن در قالب هوا وارد کاتد شده و به عنوان اکسید کننده عمل می‌کند، الکترون وارد شده از دستگاه مصرف کننده را گرفته، +H وارد شده از غشاء را به آب تبدیل می‌کند. در نهایت آب به عنوان خروجی این سیستم خواهد بود. این پیل‌های سوختی که به عنوان غشاء مبادله پروتونی PEM نامیده می‌شوند از امیدهای اول دانشمندان برای منبع تأمین انرژی هستند.
در این اختراع از نانومواد کربنی به عنوان منبع ذخیره‌سازی هیدروژن در آند استفاده شده است این مواد توان ذخیره‌سازی بالایی دارند. استفاده از نانومواد کربنی به تنهایی در آند کارایی کمی دارد زیرا پس از چند بار شارژ پیل، ظرفیت آنها به شدت کاهش می‌یابد. استفاده تنها از فلز پلاتین نیز به دلیل هزینه بالای آن مناسب نیست، به همین دلیل نانومواد کربنی به همراه مقدار کمی از فلز پلاتین استفاده شده است که مقاومت پیل را به محیط‌های شدیداً اسیدی افزایش می‌دهد. استفاده از کربن فعال دارای فلزات گروه پلاتین و آمیختن آن با فولرین نیز نتایج مشابهی داشته است. در میان فولرین‌ها، C60،C70، C120 در این روش بکار گرفته شده که C60 مناسب‌تر بود.
برای اتصال (چسباندن) الکترودها به غشاء، از پلی‌تترافلوئورواتیلن استفاده شده است، هر چند برای اتصال فولرین به الکترودها از حلال‌های زیستی و آب استفاده شد.
از پرفلوئوروکربن یا benzene – benzyl- styrene به عنوان غشاء استفاده شد. برای تأمین سوخت، هم می‌توان قبل و بعد از ساخت الکترود حاوی فولرین هیدروژن را در آن ذخیره کرد. این پیل سوختی قابل شارژ مجدد نیز است.
مزایای:
۱- دوام بالا
۲- ارزان بودن در برابر نمونه‌های مشابه
۳- ظرفیت بالای ذخیره‌سازی هیدروژن
۴- عدم نیاز به استفاده از گازهای همراه (گازهای نجیب یا CO2) برای خروج آب از سیستم
۵- راندمان بالا
۶- ساده بودن سیستم (بی‌نیاز از تزریق دائمی هیدروژن به دلیل ذخیره‌سازی آن)
