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.
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.
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.
