پیشرفت جدید در سلول سوختی هیدروژنی
پیشرفت جدید در سلول سوختی هیدروژنی – این پیشرفت در فناوری پیل سوختی هیدروژنی، که از طریق تحقیقات مشترک به دست آمده است.
با جایگزینی فلزات پلاتین با نقره در کاتالیزورها، هزینه ها را به میزان قابل توجهی کاهش داده است و گامی قابل توجه به سمت ذخیره سازی انرژی سبز مقرون به صرفه و کارآمد است.
از آنجایی که تغییر جهانی به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر شتاب می گیرد، یک چالش اساسی وجود دارد: چگونه می توان انرژی را به طور موثر برای دوره هایی که انرژی خورشیدی و بادی در دسترس نیست ذخیره کرد.
مایکلا بورک استیونز، دانشمند وابسته به مرکز مشترک علوم و کاتالیز رابط SUNCAT و دانشگاه استنفورد گفت: پیل‌های سوختی هیدروژنی پتانسیل بسیار خوبی برای ذخیره و تبدیل انرژی دارند و از هیدروژن به عنوان سوخت جایگزین مثلاً بنزین استفاده می‌کنند.
اما هنوز هم راه اندازی یک پیل سوختی نسبتاً گران است.
معضل هزینه سلول های سوختی
برک استیونز گفت، مشکل این است که پیل‌های سوختی معمولاً به یک کاتالیزور – مملو از فلزات گران‌قیمت گروه پلاتین (PGM) – متکی هستند که واکنش شیمیایی را که باعث کارکرد سیستم می‌شود، تقویت می‌کند.
این امر باعث شد تا برک استیونز و همکارانش به دنبال راه‌هایی برای ارزان‌تر کردن کاتالیزور باشند، اما ایجاد چنین تغییر اساسی در شیمی سلول‌های سوختی یک چالش دلهره‌آور است: دانشمندان اغلب متوجه می‌شوند که کاتالیزوری که در آزمایشگاه کوچک آنها کار می‌کند، کار نمی‌کند.
وقتی یک شرکت آن را در یک پیل سوختی واقعی امتحان می کند، بسیار خوب است.
این بار، محققان با جایگزینی جزئی PGM با جایگزین ارزان‌تر، نقره، هزینه‌ها را متعادل کردند.
اما کلید اصلی ساده کردن دستور شیمیایی برای رساندن کاتالیزور به الکترودهای سلول بود.
تصویری از یک لایه نازک نقره-پالادیوم که روی یک الکترود کربن متخلخل رسوب کرده است، که محققان معتقدند می‌تواند ساخت سلول‌های سوختی هیدروژنی را آسان‌تر و ارزان‌تر کند.
دانشمندان معمولاً کاتالیزور را در یک مایع مخلوط می‌کنند و سپس آن را روی الکترود مش پخش می‌کنند، اما این دستور العمل‌های کاتالیزور همیشه در محیط‌های آزمایشگاهی مختلف با ابزارهای مختلف یکسان عمل نمی‌کنند و ترجمه کار به برنامه‌های کاربردی در دنیای واقعی را دشوار می‌کنند.
. تام جارامیلو، مدیر SUNCAT، که این همکاری را ممکن کرد، گفت: “فرایندهای شیمیایی مرطوب نسبت به شرایط آزمایشگاهی انعطاف پذیری خاصی ندارند.”
برای حل این مشکل، تیم SLAC در عوض از یک محفظه خلاء برای رسوب کنترل‌شده‌تر کاتالیزور جدید خود بر روی الکترودها استفاده کرد.
Jaramillo گفت: “این ابزار با خلاء بالا یک روش بسیار “آنچه می بینید همان چیزی است که به دست می آورید” است.
“تا زمانی که سیستم شما به خوبی کالیبره شده باشد، در اصل، مردم می توانند به راحتی آن را تولید کنند.”
تلاش های مشترک و کاربرد عملی
برای اطمینان از اینکه دیگران می توانند رویکرد خود را بازتولید کنند و آن را مستقیماً روی سلول های سوختی در مقیاس کامل اعمال کنند، تیم با کارشناسان Technion کار کردند که نشان دادند این روش در یک پیل سوختی عملی کار می کند.
این پروژه برای انجام آزمایش پیل سوختی در اینجا تنظیم نشده بود، بنابراین ما واقعا خوش شانس بودیم که دانشجوی ارشد استنفورد در این پروژه، خوزه زامورا زلدون، ارتباطی با داریو دکل و دانشجوی دکترای او جان داگلین در Technion برقرار کرد.
آنها برای آزمایش پیل‌های سوختی واقعی راه‌اندازی شدند، بنابراین ترکیب بسیار خوبی از منابع برای کنار هم قرار دادن آنها بود.» برک استیونز گفت.
این دو تیم با هم دریافتند که با جایگزینی نقره ارزان‌تر به جای برخی از PGMهای مورد استفاده در کاتالیزورهای قبلی، می‌توانند به پیل سوختی به همان اندازه مؤثر با برچسب قیمت بسیار پایین‌تر دست یابند – و اکنون که روش اثبات شده‌ای برای توسعه کاتالیزور دارند، می‌توانند شروع به آزمایش ایده های جاه طلبانه تر کنید.
جارامیلو گفت: «ما می‌توانیم کاملاً بدون PGM استفاده کنیم.
«این کار مزایای زیادی برای تحقیقات پیل‌های سوختی در آکادمی و همچنین برای توسعه عملی کاتالیزور در صنعت پیل سوختی دارد.
جارامیلو گفت که با نگاه به آینده، تحقیقاتی مانند این تصمیم خواهد گرفت که آیا سلول های سوختی می توانند پتانسیل خود را برآورده کنند یا خیر.
جارامیلو گفت: «پیل‌های سوختی برای حمل‌ونقل سنگین و ذخیره انرژی پاک واقعاً هیجان‌انگیز و جالب به نظر می‌رسند، اما در نهایت منجر به کاهش هزینه‌ها می‌شود که هدف این کار مشترک است.»
