محققان دانشگاه امیرکبیر موفق شدند با طراحی غشای تبادل پروتون به عنوان قلب پیل سوختی با فناوری نانو، عملکرد انتقال پروتون در این غشا را بهبود دهند که نقش بسزایی در افزایش بازدهی انرژی پیل سوختی دارد.
مهدی صدرجهانی افزود: احتراق ناشی از سوخت‌های فسیلی نه تنها آلاینده‌های هوا از قبیل اکسید گوگرد و فلزات سنگین تولید می‌کند بلکه گاز‌های گلخانه‌ای بوجود آمده منجر به تغییرات آب و هوای جهانی و افزایش دمای زمین خواهد شد.
وی گفت: پیل سوختی، از وسایل تبدیل انرژی پاک به شمار می‌رود که تا زمان تغذیه شدن توسط سوخت، انرژی شیمیایی را به صورت پیوسته به انرژی الکتریکی و مقداری حرارت تبدیل می‌کند؛ خروجی این وسیله الکتروشیمیایی طی فرآیند تبدیل انرژی، آب است که آنرا تبدیل به یک فناوری دوستدار محیط زیست کرده است.
صدرجهانی با بیان اینکه یکی از اجزای مهم در هر پیل سوختی، غشای تبادل پروتون است که به عنوان قلب پیل شناخته می‌شود، گفت: غشای تبادل پروتون، به عنوان بستری برای هدایت پروتون (یون‌های H+) و جداکننده واکنش گر‌ها درون پیل عمل می‌کند که بهبود عملکرد آن نقش بسزایی در افزایش بازدهی انرژی پیل سوختی دارد.
وی افزود: در این پژوهش با مهندسی ساختار غشا‌های تبادل پروتون بر پایه نانولیف هادی پروتون و استفاده از مفهوم هیبریدی برای همپوشانی نقاط ضعف مواد یونومری، گامی در جهت بهبود هدایت پروتونی در غشا‌های تبادل پروتون برداشته شد.
صدر جهانی افزود: هدف اصلی این پژوهش ارتقای عملکرد هدایت پروتونی در غشا‌های تبادل پروتون نانولیفی است که نتایج بدست آمده از نمونه‌های آزمایشگاهی و مدل‌های ارائه شده در این مطالعه، به خوبی اثر مثبت آرایش یافتگی موازی نانوالیاف هادی پروتون درون ساختار سه بعدی غشا را بر روی بهبود هدایت پروتونی نشان داد.
وی گفت: افزایش میزان موازی شدن نانوالیاف درون ساختار سه بعدی، منجر به بهبود هدایت پروتونی ۶۷ درصدی نسبت به نمونه با آرایش تصادفی نانوالیاف شد.
صدر جهانی افزود: پژوهش حاضر از جنبه‌های کسب فناوری، ارتقای مرز‌های دانش و بهبود ویژگی محصول حائز اهمیت است و در آن فناوری تولید غشای تبادل پروتون برپایه نانوالیاف آرایش یافته در راستای عبور بدست آمد و غشای کامپوزیت نانولیفی جدید طی چند مرحله مختلف تهیه شد.
وی گفت: در ساخت این غشا از نانوالیاف هادی پروتون SPEEK، ماده محافظتی و پرکننده لایه نانولیفی و ماده اتصال دهنده لایه‌های مختلف استفاده شده است.
این محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: وجه تمایز این غشا با تمامی غشا‌های تبادل پروتون نانولیفی گزارش شده در مطالعات مختلف این است که در آن نانوالیاف از آرایش یافتگی در راستای ضخامت غشا برخورداند در صورتی که در سایر غشاها، نانوالیاف در صفحه غشا آرایش پیدا کرده اند.
وی گفت: روابط ارائه شده در این پژوهش برای پیش بینی هدایت پروتونی بر مبنای مدل شبکه لیفی و مکانیک تماسی می‌تواند به ارتقای مرز‌های دانش در حوزه غشا‌های تبادل پروتون نانولیفی کمک کرده و جوابگوی سؤالات پیش روی برای رفتار انتقال پروتون در سازه نانولیفی هادی پروتون و غشا‌های تشکیل شده از آن‌ها باشد.
صدرجهانی افزود: از منظر بهبود ویژگی نیز همان طور که اشاره شد، آرایش یافتگی نانوالیاف در صفحه غشا و به ویژه زمانی که در راستای ضخامت غشا قرار می‌گیرند، با افزایش تعداد مسیر و کاهش طول مسیر برای انتقال پروتون منجر به بهبود هدایت پروتونی شده است که یک پارامتر مهم در پیل سوختی به شمار می‌رود.
وی تأکید کرد: نتایج حاصله از این پژوهش را می‌توان در ارائه روشی برای بهبود هدایت پروتونی غشای تبادل پروتون مورد استفاده در پیل سوختی که یکی از وسیله‌های تولید انرژی پاک است، مورد توجه قرار داد، از طرف دیگر استفاده از نانوالیاف در ساختار غشا‌های تهیه شده، پتانسیل فناوری نانو را در بهبود عملکرد غشای تبادل پروتون نشان می‌دهد.
وی گفت: استفاده از نانوالیاف الکتروریسی شده به عنوان بستری برای هدایت پروتون، آرایش دادن نانوالیاف هادی پروتون در راستای ضخامت یا عبور غشا، ارائه مدل تئوری برای پیش بینی هدایت پروتونی سازه نانولیفی و همخوانی مناسب آن با نتایج آزمایشگاهی، قابل مقایسه بودن هدایت پروتونی غشای تبادل پروتون نانولیفی بدست آمده در این پژوهش با غشای تجاری نفیون ویژگی‌های این طرح محسوب می‌شود.