پیل سوختی به صنعتی شدن نزدیک‌تر می‌شود

محققان دانشگاه NTNU در نروژ و دانشگاه KTH در سوئد یک پودر نانوساختار برای استفاده در کاتد پیل‌های سوختی تولید کرده‌اند که با داشتن قابلیت‌های مکانیکی و دوام شیمیایی مناسب برای مصرف در پیل سوختی اکسید جامد، در دماهای متوسط توانایی انتقال الکتریکی بالایی از خود نشان می‌دهد که می‌تواند به صنعتی شدن کاتد پیل‌های سوختی اکسید جامد بیانجامد.

آقای مهدی داراب که در زمان انجام پروژه کارشناسی ارشد خود در دوره نانومواد و فناوری نانو در دانشگاه KTH و بعد از آن در دوره دکتری در دانشگاه NTNU بر روی این موضوع تحقیق کرده در مورد این پودر توضیح می‌دهد: ماده‌ای که ما بر روی تولید و خواص آن پژوهش کردیم یک اکسید چند فلزی از باریم، استرانسیم، کبالت و آهن است که با توجه به خواص ویژه آن یکی از بهترین نامزدها برای استفاده در کاتد پیل‌های سوختی اکسید جامد است. این ماده موسوم به BSCF با استفاده از روش‌های شیمیایی شناخته شده مثل سل ژل قبلا ساخته شده بود که ما نیز این روش‌ها را آزمودیم، اما تولید آن با ساختار نانومتری کاری جدید بود که در این پروژه انجام شد.

ساخت این پودر و بررسی‌های حرارتی و کریستالوگرافی و تصاویر میکروسکوپ الکترونی در دانشگاه KTH و فشرده‌سازی در دانشگاه استکهلم در سوئد و اندازه‌گیری‌های الکتریکی در دانشگاه NTNU در نروژ انجام شده است و آقای داراب مجری پایه گذار این کار مشترک بین دانشگاهی بوده است. وی به بخش خبری سایت نانو توضیح می‌دهد که با مطالعات ترمودینامیکی انجام شده برای سنتز پودر BSCF و بهینه‌سازی فرایند تولید از طریق روش رسوب‌گذاری همزمان توانسته‌اند این ماده را با ساختار تک فازی مناسب از نقطه نظر کریستالوگرافی و با هدایت الکتریکی بیش از دو برابر نمونه‌های معمول و غیر نانومتری این ماده (بیش از ۶۰ سیمنس بر سانتی متر در مقایسه با بهترین تحقیق انجام شده بر روی BSCF غیر نانومتری با ۲۸ سیمنس بر سانتی متر) تولید کنند.

برای اندازه‌گیری‌های الکتریکی لازم است تا پودر ساخته شده فشرده‌سازی شود. برای این منظور نمی‌توان از دستگاه‌های پرس معمول استفاده کرد زیرا با رشد دانه‌بندی و تغییر اندازه ذرات از نانومتر به میکرومتر خواص هدایتی ماده تغییر خواهد کرد. از این رو تیم تحقیقاتی از روش پخت لحظه‌ای در پلاسما استفاده کردند که با حفظ اندازه ذرات قادر به نگهداری از خواص ذرات باشند.

پودر ساخته شده به جهت مقاومت شیمیایی و فیزیکی مانند نمونه‌های ساخته شده در تحقیقات پیشین برای کاربرد در کاتد پیل سوختی مطلوب بوده و به‌دلیل سنتز نانوساختار و نتیجتا کاهش مقاومت بین مرزی در ماتریس ماده، هدایت الکتریکی مناسبی در دمای متوسط (کمتر از ۵۰۰ درجه سانتی گراد) برای عملکرد پیل‌های سوختی اکسید جامد از خود نشان می‌دهد.

دکتر توپراک مسئول این پروژه در دانشگاه KTH و استاد این دانشگاه در سوئد می‌گوید: “ما در این پروژه یک روش سنتز جدید را ارائه دادیم که برای این ماده برای اولین بار به کار رفته و نتایج فوق‌العاده‌ای به دست داده است. مشاهداتی که ما در مورد هدایت الکتریکی ماده تولید شده برای نخستین بار داریم در کنار خواص مناسب دیگری این ماده که در ساختارهای غیر نانومتری آن نیز وجود داشت، وعده‌های خوبی در مورد آینده پیل سوختی اکسید جامد می‌دهد”.

او ادامه می‌دهد: “ما با سنتز مواد اولیه در ساختار کریستالی مطلوب برای تولید نانوپودر بر مبنای مطالعات ترمودینامیکی، در رسوب‌گذاری همزمان BSCF با اندازه ذرات ۵۰ تا ۹۰ نانومتر و نهایتا با حفظ دانه‌بندی اولیه و کمینه کردن رشد دانه‌ها با استفاده از سیستم پخت آنی فناوری نانو را به کمک این پروژه آوردیم تا فناوری پیل سوختی به اقتصادی شدن نزدیک‌ترشود”.

بخش‌هایی از نتایج این کار در مجلات Journal of the Electrochemical Society، International Journal of Hydrogen Energy و Journal of Advanced Materials منتشر شده است.