پیل سوختی به صنعتی شدن نزدیک‌تر می‌شود
جمعه 1 اسفند 1393 9:59 AM
محققان دانشگاه NTNU در نروژ و دانشگاه KTH در سوئد یک پودر نانوساختار برای استفاده در کاتد پیل‌های سوختی تولید کرده‌اند که با داشتن قابلیت‌های مکانیکی و دوام شیمیایی مناسب برای مصرف در پیل سوختی اکسید جامد، در دماهای متوسط توانایی انتقال الکتریکی بالایی از خود نشان می‌دهد که می‌تواند به صنعتی شدن کاتد پیل‌های سوختی اکسید جامد بیانجامد.
محققان در مورد این پودر توضیح می‌دهند: ماده‌ای که بر روی تولید و خواص آن پژوهش شده یک اکسید چند فلزی از باریم، استرانسیم، کبالت و آهن است که با توجه به خواص ویژه آن یکی از بهترین نامزدها برای استفاده در کاتد پیل‌های سوختی اکسید جامد است. این ماده موسوم به BSCF با استفاده از روش‌های شیمیایی شناخته شده مثل سل ژل قبلا ساخته شده بود که علاوه بر روش‌های حاضر تولید آن با ساختار نانومتری کاری جدید بود که در این پروژه انجام شده است.
ساخت این پودر و بررسی‌های حرارتی و کریستالوگرافی و تصاویر میکروسکوپ الکترونی در دانشگاه KTH و فشرده‌سازی در دانشگاه استکهلم در سوئد و اندازه‌گیری‌های الکتریکی در دانشگاه NTNU در نروژ انجام شده است. محققین این پروژه توضیح می‌دهند که با مطالعات ترمودینامیکی انجام شده برای سنتز پودر BSCF و بهینه‌سازی فرایند تولید از طریق روش رسوب‌گذاری همزمان توانسته‌اند این ماده را با ساختار تک فازی مناسب از نقطه نظر کریستالوگرافی و با هدایت الکتریکی بیش از دو برابر نمونه‌های معمول و غیر نانومتری این ماده (بیش از 60 سیمنس بر سانتی متر در مقایسه با بهترین تحقیق انجام شده بر روی BSCF غیر نانومتری با 28 سیمنس بر سانتی متر) تولید کنند.
برای اندازه‌گیری‌های الکتریکی لازم است تا پودر ساخته شده فشرده‌سازی شود. برای این منظور نمی‌توان از دستگاه‌های پرس معمول استفاده کرد زیرا با رشد دانه‌بندی و تغییر اندازه ذرات از نانومتر به میکرومتر خواص هدایتی ماده تغییر خواهد کرد. از این رو تیم تحقیقاتی از روش پخت لحظه‌ای در پلاسما استفاده کردند که با حفظ اندازه ذرات قادر به نگهداری از خواص ذرات باشند.
تصاویر SEM قبل و بعد از عملیات SPS در دمای 1080 درجه سانی گراد و فشار 50 مگاپاسکال برای دو دقیقه بر روی پودر
پودر ساخته شده به جهت مقاومت شیمیایی و فیزیکی مانند نمونه‌های ساخته شده در تحقیقات پیشین برای کاربرد در کاتد پیل سوختی مطلوب بوده و به‌دلیل سنتز نانوساختار و نتیجتا کاهش مقاومت بین مرزی در ماتریس ماده، هدایت الکتریکی مناسبی در دمای متوسط (کمتر از 500 درجه سانتی گراد) برای عملکرد پیل‌های سوختی اکسید جامد از خود نشان می‌دهد.
آقای دکتر توپراک مسئول این پروژه در دانشگاه KTH و استاد این دانشگاه در سوئد می‌گوید: "ما در این پروژه یک روش سنتز جدید را ارائه دادیم که برای این ماده برای اولین بار به کار رفته و نتایج فوق‌العاده‌ای به دست داده است. مشاهداتی که ما در مورد هدایت الکتریکی ماده تولید شده برای نخستین بار داریم در کنار خواص مناسب دیگری این ماده که در ساختارهای غیر نانومتری آن نیز وجود داشت، وعده‌های خوبی در مورد آینده پیل سوختی اکسید جامد می‌دهد".
او ادامه می‌دهد: "ما با سنتز مواد اولیه در ساختار کریستالی مطلوب برای تولید نانوپودر بر مبنای مطالعات ترمودینامیکی، در رسوب‌گذاری همزمان BSCF با اندازه ذرات 50 تا 90 نانومتر و نهایتا با حفظ دانه‌بندی اولیه و کمینه کردن رشد دانه‌ها با استفاده از سیستم پخت آنی فناوری نانو را به کمک این پروژه آوردیم تا فناوری پیل سوختی به اقتصادی شدن نزدیک‌ترشود".
بخش‌هایی از نتایج این کار در مجلات Journal of the Electrochemical Society، International Journal of HydrogenEnergy و Journal of Advanced Materials منتشر شده است.
