پژوهشگران دانشگاه مراغه طی تحقیقات خود موفق به ساخت کنترل شده‌ی نانو صفحاتی از جنس گرافن و اکسید گرافن در مقیاس آزمایشگاهی شده‌اند که می‌تواند باعث اقتصادی شدن پیل‌های سوختی و ذخیره سازهای انرژی شود. همچنین با استفاده از این نانوصفحات سنتز شده، امکان کاهش
مراغه: ساخت نانوصفحات اکسید گرافن جهت اقتصادی نمودن پیل‌های سوختی
اگرچه پیل‌های سوختی به عنوان مبدل‌های سوخت پاک نقش بسیار مهمی را در زندگی آینده ایفا خواهند کرد؛ اما هزینه‌های گزاف آن‌ها مانع از کاربرد گسترده‌‌ی آن‌ها در زندگی روزمره شده است. بنابراین، در صورت دستیابی به مواد کم هزینه جهت ساخت این تجهیزات از جمله غشاها و کاتالیزورها به عنوان اصلی‌ترین اجزای پیل‌های سوختی، به طور طبیعی روند بکارگیری آن‌ها در زندگی مردم مشهودتر خواهد شد.
دکتر کریم کاکایی، هدف از اجرای این پژوهش را سعی در ساخت نانوساختارهایی به عنوان نگهدارنده‌ی کاتالیست‌های مورد استفاده در پیل‌های سوختی غشایی پروتونی جهت کاهش قیمت تمام شده‌ی این تجهیزات عنوان کرد.
وی در خصوص اهمیت اجرای این طرح گفت: «همانگونه که اشاره شد هزینه‌های بالای پیل‌های سوختی از جمله نگهدارنده‌های کاتالیست و به کارگیری فلزات گران بهایی نظیر پلاتین در ناحیه‌ی آند و کاتد، منجر به افزایش قیمت این تجهیزات شده که عملاً تجاری سازی و تولید انبوه آن‌ها را مشکل نموده است. در کشور ما نیز تمامی مواد به کار رفته در پیل سوختی وارداتی است که هزینه‌های بالایی را بر اقتصاد کشور وارد می‌نماید. بنابراین در این طرح تلاش شده تا با ساخت و بکارگیری نانوصفحات اکسید گرافن به عنوان نگهدارنده‌ی الکتروکاتالیست و نیز استفاده از آلیاژ پلاتین و قلع به عنوان جایگزین فلز خالص پلاتین از قیمت الکتروکاتالیست نهایی مورد استفاده در پیل سوختی کاسته شود.»
مطابق با نتایج حاصل شده، بکارگیری نانوصفحات اکسید گرافن و گرافن در پیل سوختی، افزون بر کاهش قیمت کاتد و آند مورد استفاده در آن‌ها، منجر به افزایش عملکرد پیل‌های مذکور نیز شده است. لذا تولید آن‌ها صرفه‌ی اقتصادی بیشتری ایجاد خواهد کرد.
با توجه به این مطالب، استفاده از نتایج این طرح در حوزه‌ی تولید انرژی‌های پاک بسیار مفید خواهد بود.
به گفته‌ی محقق این طرح، جهت سنتز گرافن و اکسید گرافن عموماً از روش هامر و یا روش اصلاح شده‌ی هامر استفاده می‌شود که قابلیت تولید در مقیاس صنعتی را ندارد. از طرفی در این روش مواد شیمیایی و آلوده کننده‌ی بسیار زیادی بکار گرفته می‌شود که خطرات زیادی برای افراد و محیط زیست به دنبال خواهد داشت. این در حالی است که در این طرح از روش بالا به پائین، نانو صفحات گرافن اکساید به طریقه الکتروشیمیایی سنتز شده است که مشکلات روش هامر را به دنبال ندارد. کاهش هزینه‌ی تولید از دیگر مزایت‌های این روش است.
کاکایی در ادامه به روند ساخت و بررسی عملکرد پیل‌های سوختی متشکل از این نانوصفحات پرداخت و افزود: «در این راستا اکسید گرافن به طریقه‌ی الکتروشیمیایی سنتز شده است و سپس نسبت‌های مختلف آلیاژ پلاتین و قلع بر روی گرافن اکساید احیا شده است. البته در این مرحله تلاش شد تا از احیای کامل تمام اکسیدگرافن به گرافن جلوگیری شود. به این ترتیب همزمان اکسید گرافن هم نقش پایه‌ی کاتالیست و هم نقش ناقل پروتون را دارا خواهد بود. از طرفی با این کار مصرف محلول نفیون وارداتی گران‌بها نیز به نصف تقلیل یافت.»
وی در پایان عنوان کرد: «در طرح‌های آتی نانوصفحات اکسید گرافن به وسیله گروه‌های عاملی مختلف مانند هالوژن‌ها، سولفونه‌ها و نیتروژن ناخالص( دوپه) می‌شوند تا در واکنش‌های احیای اکسیژن در سمت کاتد پیل سوختی مورد استفاده قرار گیرد.»
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر کریم کاکایی کریم کاکائی عضو هیات علمی دانشگاه مراغه دانشیار گروه شیمی فیزیک است. نتایج این کار در مجله‌ی Electrochemica Acta (جلد ۱۶۵، سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۳۰ تا ۳۳۷) به چاپ رسیده است.
دکتر کریم کاکایی، هدف از اجرای این پژوهش را سعی در ساخت نانوساختارهایی به عنوان نگهدارنده‌ی کاتالیست‌های مورد استفاده در پیل‌های سوختی غشایی پروتونی جهت کاهش قیمت تمام شده‌ی این تجهیزات عنوان کرد.
وی در خصوص اهمیت اجرای این طرح گفت: «همانگونه که اشاره شد هزینه‌های بالای پیل‌های سوختی از جمله نگهدارنده‌های کاتالیست و به کارگیری فلزات گران بهایی نظیر پلاتین در ناحیه‌ی آند و کاتد، منجر به افزایش قیمت این تجهیزات شده که عملاً تجاری سازی و تولید انبوه آن‌ها را مشکل نموده است. در کشور ما نیز تمامی مواد به کار رفته در پیل سوختی وارداتی است که هزینه‌های بالایی را بر اقتصاد کشور وارد می‌نماید. بنابراین در این طرح تلاش شده تا با ساخت و بکارگیری نانوصفحات اکسید گرافن به عنوان نگهدارنده‌ی الکتروکاتالیست و نیز استفاده از آلیاژ پلاتین و قلع به عنوان جایگزین فلز خالص پلاتین از قیمت الکتروکاتالیست نهایی مورد استفاده در پیل سوختی کاسته شود.»
مطابق با نتایج حاصل شده، بکارگیری نانوصفحات اکسید گرافن و گرافن در پیل سوختی، افزون بر کاهش قیمت کاتد و آند مورد استفاده در آن‌ها، منجر به افزایش عملکرد پیل‌های مذکور نیز شده است. لذا تولید آن‌ها صرفه‌ی اقتصادی بیشتری ایجاد خواهد کرد.
با توجه به این مطالب، استفاده از نتایج این طرح در حوزه‌ی تولید انرژی‌های پاک بسیار مفید خواهد بود.
به گفته‌ی محقق این طرح، جهت سنتز گرافن و اکسید گرافن عموماً از روش هامر و یا روش اصلاح شده‌ی هامر استفاده می‌شود که قابلیت تولید در مقیاس صنعتی را ندارد. از طرفی در این روش مواد شیمیایی و آلوده کننده‌ی بسیار زیادی بکار گرفته می‌شود که خطرات زیادی برای افراد و محیط زیست به دنبال خواهد داشت. این در حالی است که در این طرح از روش بالا به پائین، نانو صفحات گرافن اکساید به طریقه الکتروشیمیایی سنتز شده است که مشکلات روش هامر را به دنبال ندارد. کاهش هزینه‌ی تولید از دیگر مزایت‌های این روش است.
کاکایی در ادامه به روند ساخت و بررسی عملکرد پیل‌های سوختی متشکل از این نانوصفحات پرداخت و افزود: «در این راستا اکسید گرافن به طریقه‌ی الکتروشیمیایی سنتز شده است و سپس نسبت‌های مختلف آلیاژ پلاتین و قلع بر روی گرافن اکساید احیا شده است. البته در این مرحله تلاش شد تا از احیای کامل تمام اکسیدگرافن به گرافن جلوگیری شود. به این ترتیب همزمان اکسید گرافن هم نقش پایه‌ی کاتالیست و هم نقش ناقل پروتون را دارا خواهد بود. از طرفی با این کار مصرف محلول نفیون وارداتی گران‌بها نیز به نصف تقلیل یافت.»
وی در پایان عنوان کرد: «در طرح‌های آتی نانوصفحات اکسید گرافن به وسیله گروه‌های عاملی مختلف مانند هالوژن‌ها، سولفونه‌ها و نیتروژن ناخالص( دوپه) می‌شوند تا در واکنش‌های احیای اکسیژن در سمت کاتد پیل سوختی مورد استفاده قرار گیرد.»
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر کریم کاکایی کریم کاکائی عضو هیات علمی دانشگاه مراغه دانشیار گروه شیمی فیزیک است. نتایج این کار در مجله‌ی Electrochemica Acta (جلد ۱۶۵، سال ۲۰۱۵، صفحات ۳۳۰ تا ۳۳۷) به چاپ رسیده است.
