افزایش بازده پیل‌های غشایی با استفاده از نانوکامپوزیت پلاتین

پژوهشگران دانشگاه‌های مراغه و صنعتی اصفهان توانستند با سنتز الکتروشیمیایی گرافن و احیا همزمان گرافن اکساید و ‏پلاتین، بازده استفاده از پلاتین در پیل‌های غشایی پروتونی را افزایش دهد.‏

پژوهشگران دانشگاه‌های مراغه و صنعتی اصفهان توانستند با سنتز الکتروشیمیایی گرافن و احیا همزمان گرافن اکساید و ‏پلاتین، بازده استفاده از پلاتین در پیل‌های غشایی پروتونی را افزایش دهد.‏

دکتر کریم کاکائی عضو هیات علمی دانشگاه مراغه و یکی از محققان این پژوهش، در رابطه با این کار تحقیقاتی گفت: «الکتروکاتالیست‌های تجاری موجود برای استفاده در پیل‌های سوختی پلیمری از جنس پلاتین بر پایه ولکان است. ‏امروزه تلاش زیادی می‌شود تا بازده استفاده از پلاتین بیشتر شود و یا جایگزینی برای آن پیدا شود؛ بنابراین طراحی یک ‏الکتروکاتالیست جدید بر پایه گرافن که هدایت و سطح ویژه آن بیش از ولکان است را مورد بررسی قرار دادیم که طی آن ‏نانو ذرات پلاتین را بر بستر گرافن قرار داده و در سمت آند پیل سوختی پلیمری با موفقیت تست کردیم.»‏

در این کار ابتدا گرافن به صورت تک مرحله‌ای و بدون استفاده از آلاینده‌های زیست محیلی سنتز شده و سپس ‏کامپوزیت نانوذرات پلاتین با گرافن ساخته شد و نهایتا کارآیی آنها در اکسایش متانول مورد تست قرار گرفت.‏

کاکایی در رابطه نحوه تولید کامپوزیت نانوذرات پلاتین با گرافن گفت: «ابتدا گرافن اکساید و نهایتا گرافن به روش ‏الکتروشیمیایی در یک ولتاژ ثابت در حضور مایعات یونی و به صورت تک مرحله‌ای سنتز شد. سپس نانوذرات پلاتین از ‏H2Ptcl6‎‏ را با استفاده از بوروهیدرید و ‏EDTA‏ بر بستر گرافن اکساید احیا کردیم. سپس این پودر کاتالیستی به وسیله ‏SEM‏ وxrd‏ مورد آنالیز قرار گرفت. بعد از اطمینان از حضور گرافن و پلاتین تست‌های الکتروشیمیایی اکسایش متانول هم ‏در مورد آن انجام شد. نتایج حاصل از این کاتالیست با نمونه‌های تجاری بیانگر رفتار الکتروکاتالیستی قوی این ‏کاتالیست‌ها است.»‏

به گفته کاکائی سنتز الکتروشیمیایی گرافن و احیا همزمان گرافن اکساید و پلاتین و در نهایت استفاده آن در ‏DMFC‏ از ‏ویژگی‌های نوآورانه این طرح بوده است.‏

نتایج این تحقیقات حاکی از این است که فعالیت الکتروکاتالیستی نانوذرات پلاتین در بستر گرافن در واکنش ‏اکسایش متانول تقریباً ۲ برابر بیش از ‏Pt/C‏ تجاری است. همچنین پتانسیل شروع اکسایش متانول بر بستر ‏Pt/Graphene‏ کمتر از ‏Pt/C‏ بوده و سینتیک اکسایش متانول در این الکتروکاتالیست جدید بیش از نمونه تجاری است و از سیگنال بر نویز بیشتری برخودار است.‏

این پودر کاتالیستی به طور مستقیم در پیل‌های سوختی استفاده می‌شود. هر چند گرافن به تنهایی می‌تواند در سولار ‏سل، سوپرکاپاسیتور و… کاربرد پیدا کند که علت آن ناشی از عدم استفاده از آلاینده‌ها در این روش است. به گفته ‏کاکائی یکی از اهداف این طرح تجاری‌سازی گرافن بوده که در صورت حمایت می‌توان تولید گرافن به این روش را به ‏تولید صنعتی نزدیک کرد.‏

نتایج این کار تحقیقاتی که توسط دکتر کریم کاکائی از دانشگاه مراغه و دکتر محمد ژیانی از دانشگاه صنعتی اصفهان ‏صورت گرفته است، در مجله ‏Journal of Power Sources ‎‏ (جلد ۲۵۵) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند ‏متن این مقاله را در صفحات ۳۵۶ الی ۳۶۳ همین شماره مشاهده نمایند.‏