افزایش توان پیل‌های سوختی بدون غشاء

دانشمندان در انگلیس پیل سوختی هیدروژنی طراحی کرده‌اند که از نانولوله‌ها برای افزایش مقدار الکتروکاتالیست متصل به الکترودها استفاده می‌کند. آنها می‌گویند که این طراحی در مقایسه با طراحی‌های موجود منجر به بهبود چند ده برابری چگالی توان می‌شود.

دانشمندان در انگلیس پیل سوختی هیدروژنی
طراحی کرده‌اند که از نانولوله‌ها برای افزایش مقدار الکتروکاتالیست متصل
به الکترودها استفاده می‌کند. آنها می‌گویند که این طراحی در مقایسه با
طراحی‌های موجود منجر به بهبود چند ده برابری چگالی توان می‌شود.

پیل‌های خورشیدی هیدروژنی بدون غشاء مبتنی بر الکتروکاتالیست‌های آنزیمی یک
منبع پاک و بادوام انرژی ارائه می‌کنند. این پیل‌های سوختی برخلاف پیل‌های
سوختی هیدروژنی مرسوم، بواسطه ویژه بودن سایت‌های فعال آنزیمی، با خوراک
مخلوطی از هیدروژن و اکسیدکننده کار می‌کنند؛ بطوریکه به انتقال پروتون در
سرتاسر یک غشاء نیاز ندارند. با این حال این پیل‌های سوختی بسته به عملکرد
الکتروکاتالیست‌ها و آنزیم‌هایشان حجیم هستند که خروجی توان را محدود
می‌کند.

 

 
در این پیل سوختی از دو آنزیم بعنوان الکتروکاتالیست‌ها روی الکترودهای
اصلاح شده ویژه استفاده می‌شود؛ هیدوژناس مقاوم- اکسیژن برای آند و اکسیداز
بیلیروبین برای کاتد.
 
ساداگوپان کریشنان و فراسر آرمسترانگ از
دانشگاه آکسفورد در تلاش برای بهبود چگالی توان این پیل‌های سوختی،
نانولوله‌های کربنی را به الکترودهای گرافیتی متصل کردند. آنها سپس با
استفاده از اسید ۱- پیرین بوتیریک این نانولوله‌های کربنی را با دو آنزیم
مختلف (هیدروژناس – ۱ در آند و اکسیداز بیلیروبین در کاتد) اصلاح کردند.
این ترتیب سه بعدی مقدار آنزیم متصل به الکترود را به شدت افزایش می‌دهد.
آرمسترانگ توضیح می‌دهد که افزایش مقدار آنزیم متصل به الکترود منجر به
توان بزرگ‌تر می‌شود.

عملکرد این پیل سوختی که بوسیله احیای اکسیژن (۴ درصد) محدود می‌شود، در
مقایسه با عملکرد پیل‌های مشابهی که در آنها آنزیم‌ها بطور مرسوم جذب
گرافیت می‌شوند، یک بهبود چند ده برابری نشان می‌دهد.

قبل از اینکه این نوع پیل‌های سوختی کاربرد عملی پیدا کنند، نیاز است که بر
بعضی از مشکل‌های آنها غلبه کرد. برای مثال پایداری طولانی مدت آنها را
بهبود داد، و توان این پیل را با حفظ اندازه آن افزایش داد. اما آرمسترانگ
امید دارد که به تدریج بتوان در افزاره‌هایی که نیاز به توان بالا ندارند،
کاربردی برای آنها پیدا کرد.

یی – هنگ پرسیوال زانگ، یک متخصص زیستی در ویرجینیا تک شرح می‌دهد که این
کار یک مثال زیبا از یک پیل سوختی آنزیمی است. او اضافه می‌کند که این منبع
توان ریز با خروجی توان نسبتا بالا را می‌توان برای توان دادن افزاره‌های
الکترونیکی کوچک استفاده کرد.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Chem. Sci. منتشر
کرده‌اند.