نیوزویز – از آنجایی که جهان به منابع انرژی سبزتر روی می‌آورد، همچنین باید دریابد که چگونه انرژی را برای مواقعی که خورشید نمی‌تابد و باد نمی‌وزد، ذخیره کند.
یکی از رقبای پیشرو، پیل سوختی هیدروژنی، به لطف آن پیشرفت زیادی کرده است تحقیق بنیادی از آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC وزارت انرژی، دانشگاه استنفورد و موسسه تحقیقاتی تویوتا (TRI) که اخیراً از طریق همکاری بین استانفورد و موسسه فناوری Technion اسرائیل در یک دستگاه پیل سوختی به صورت عملی ترجمه شده‌اند.
مایکلا بورک استیونز، دانشمند وابسته در واحد مشترک دانشگاه استنفورد و SLAC می‌گوید: پیل‌های سوختی هیدروژنی پتانسیل بالایی برای ذخیره و تبدیل انرژی دارند و از هیدروژن به عنوان سوخت جایگزین مثلاً بنزین استفاده می‌کنند. مرکز SUNCAT برای علوم رابط و کاتالیز و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه. اما هنوز هم راه اندازی یک پیل سوختی بسیار گران است.
برک استیونز گفت، مشکل این است که پیل‌های سوختی معمولاً به یک کاتالیزور متکی هستند – مملو از فلزات گروه پلاتین گران‌قیمت (PGM) – که واکنش شیمیایی را که باعث کارکرد سیستم می‌شود، نیرو می‌دهد. این امر برک استیونز و همکارانش را بر آن داشت تا به دنبال راه‌هایی برای ارزان‌تر کردن کاتالیزور باشند، اما ایجاد چنین تغییر اساسی در شیمی سلول‌های سوختی چالشی دلهره‌آور است: دانشمندان اغلب متوجه می‌شوند که کاتالیزوری که در آزمایشگاه کوچک آنها کار می‌کند، به خوبی کار نمی‌کند. ، زمانی که یک شرکت آن را در یک پیل سوختی واقعی آزمایش کرد.
این بار، محققان هزینه ها را با جایگزینی جزئی PGM با جایگزین ارزان تر، نقره، متعادل کردند. اما کلید اصلی ساده کردن دستور شیمیایی برای قرار دادن کاتالیزور روی الکترودهای سلول بود. 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 کاربردهای دنیای واقعی را دشوار می‌کنند. تام جارامیلو، مدیر SUNCAT، که این همکاری را ممکن کرد، گفت: فرآیندهای شیمیایی مرطوب از نظر شرایط آزمایشگاهی قوی نیستند.
برای غلبه بر این مشکل، تیم SLAC در عوض از یک محفظه خلاء استفاده کرد تا کاتالیزور جدید خود را به روشی کنترل‌شده‌تر روی الکترودها بگذارد. جارامیلو گفت: “این ساز با خلاء بالا یک “آنچه می بینید همان چیزی است که به دست می آورید” است. تا زمانی که سیستم شما به خوبی کالیبره شده باشد، عموماً مردم می توانند آن را به راحتی بازتولید کنند.
برای اطمینان از اینکه دیگران می توانند رویکرد آنها را تکرار کنند و آن را مستقیماً روی سلول های سوختی در مقیاس کامل اعمال کنند، تیم با کارشناسانی از Technion کار کردند که نشان دادند این روش در یک پیل سوختی عملی کار می کند.
“این پروژه برای انجام آزمایشات پیل سوختی در اینجا تنظیم نشده بود، بنابراین ما بسیار خوش شانس بودیم که دانشجوی ارشد استنفورد در این پروژه، خوزه زامورا زلدون، با داریو دکل و دانشجوی دکترای او جان داگلین در تکنیون ارتباط برقرار کرد. آنها برای آزمایش پیل‌های سوختی واقعی راه‌اندازی شدند، بنابراین ترکیب بسیار خوبی از منابع برای جمع‌آوری بود.» برک استیونز گفت.
دو تیم با هم دریافتند که با جایگزینی برخی از PGM های استفاده شده در نمونه های قبلی با نقره ارزان تر. کاتالیزورهاآنها می توانند با هزینه بسیار کمتر به یک پیل سوختی به همان اندازه کارآمد دست یابند – و اکنون که یک روش اثبات شده برای توسعه دارند کاتالیزورها، آنها می توانند شروع به آزمایش ایده های جاه طلبانه تر کنند. جارامیلو گفت: «ما می توانیم سعی کنیم کاملاً بدون PGM برویم. دکل، استاد مهندسی شیمی و مدیر برنامه انرژی تکنیون بزرگ تکنیون، به همان اندازه از پتانسیل این مشارکت هیجان زده بود. وی گفت: “این کار مزایای زیادی برای تحقیقات پیل سوختی در دانشگاه و همچنین 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 هیجان‌انگیز و جالب به نظر می‌رسند، اما در نهایت کاهش هزینه‌ها کاهش می‌یابد که هدف این همکاری است.»
این تحقیق تا حدی توسط دفتر علوم DOE از طریق مرکز SUNCAT برای علوم رابط و کاتالیز، یک موسسه مشترک SLAC-Stanford و موسسه تحقیقاتی تویوتا تامین شده است.
نقل قول: جی سی داگلین و همکاران، انرژی طبیعی9 نوامبر 2023 (DOI: 10.1038/s41560-023-01385-7)
برای سوالات یا نظرات، با دفتر ارتباطات SLAC به آدرس تماس بگیرید [email protected].
