دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست(MIT)، لایه‌های نازک الکترولیتی پلیمری جدیدی را تولید کردند که دارای رسانش یونی بالایی است؛ این لایه‌های نازک برای پیل‌های سوختی اصلاح‌شده، باتری‌ها و پیل‌های خورشیدی بسیار نویدبخش هستند.
بهبود کارایی پیل‌های سوختی با الکترولیت‌های پلیمری
دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست(MIT)، لایه‌های نازک الکترولیتی پلیمری جدیدی را تولید کردند که دارای رسانش یونی بالایی است؛ این لایه‌های نازک برای پیل‌های سوختی اصلاح‌شده، باتری‌ها و پیل‌های خورشیدی بسیار نویدبخش هستند.
قطعات الکتروشیمیایی برای تسهیل انتقال بار بین الکترودها، به الکترولیت‌ها وابسته هستند؛ اما مشکلات مربوط به این فرایندها در الکترولیت‌های مایع یا ژلی و موارد مربوط به ایمنی آنها، استفاده روزافزون از این قطعات را محدود کرده‌است، این در حالی است که الکترولیت‌های پلیمری از استحکام مکانیکی و انعطاف‌پذیری بالایی در فرایند ساخت برخوردارند. نکته حائز اهمیت این است که این پلیمرها باید رسانش یونی مناسبی داشته باشند.
پائولا هموند و همکارانش، از آرایش لایه‌به‌لایه(LBL) در ساخت لایه‌های نازک، از دو نوع پلیمر مختلف استفاده کردند. این دو پلیمر با در کنار هم قرار گرفتن، دارای رسانش بالا و پایداری مکانیکی می‌با‌شند.
هموند می‌گوید:”ما یک لایه نازک در حالت جامد را با آرایش لایه‌به‌لایه ایجاد کردیم که رسانش یونی آن سه برابر بیشتر از بهترین نوع فیلم‌های چندلایه قبلی است. رسانش پروتونی این رساننده یونی جدید، به رسانش پلیمرهای تخصصی گران‌تر، بسیار نزدیک است، که این امر منجر شده تا این روش به‌عنوان رقیب سرسختی برای پیل‌های سوختی و کاربردهای دیگر الکترولیت‌های حالت جامد به شمار رود.”
آنها یافتند که با سولفوردار کردن یک پلی‌اترآروماتیک ـ که از نظر مکانیکی و حرارتی پایدار است ـ و جفت کردن آن با یک پلیمر مکمل، می‌توان رسانش یونی‌ای در حد ۳۵٫۳ mS cm-1 و یا بیشتر ایجاد نمود. چند لایه ایجادشده نسبت به اتانول نیز نفوذپذیری بسیار کمی دارد، همین امر منجر به مورد توجه قرار گرفتن این پلیمر برای استفاده از آن در پیل‌های سوختی متانول مستقیم(DMFC) شده‌است.
نافیون(Nafion) ماده غشایی استانداردی است که از آن در پیل‌های سوختی متانول مستقیم استفاده می‌شود؛ اما نفوذپذیری این ماده نسبت به متانول بیشتر است که این مسئله بازده پیل‌های سوختی را کاهش می‌دهد. همود می‌گوید:”استفاده از این مواد چندلایه در یک پیل سوختی متانول مستقیم می‌تواند بیش از ۵۰ درصد از توان خروجی را افزایش دهد.”
اگرچه این پلیمرهای چندلایه روی سطح نافیون رشد داده می‌شدند؛ این گروه تحقیقاتی موفق به ساخت این لایه‌ها بدون نیاز به زیرلایه نافیون شدند.
