جستجو در تالارهای گفتگو

مرز سه فازی در الکترودهای پيل سوختی پليمری از کاتاليزور پلاتين استفاده می‌شود. آرايش اجزاء در اين پيل به نحوی است که الکتروليت يا غشا بين دو الکترود قرار می‌گيرد (شکل‌های 1 و 2 را ببينيد). شکل 1. نمايی از اجزاء پيل سوختی شکل 2. نمايی کلی از پيل سوختی کاتاليزور پلاتين تنها در نقاطی که در تماس با الکترود و الکتروليت باشد، می‌تواند واکنش‌های پيل سوختی را کاتاليز يا تسريع نمايد. به اين نقاط «مرز سه فازی» می‌گويند (شکل 3). شکل 3. مرز سه فازی در پیل‌های سوختی در گذشته الکترود پيل سوختی پليمری، از پلاتين ساخته می‌شد. اما امروزه به دو علت اين کار انجام نمی‌شود: يک: در نتيجه‌ی ساخت اين الکترودها، مقدار زيادی پلاتين، مصرف شده و قيمت پيل سوختی پليمری بسيار گران می‌شد. دو: تعداد مولکول‌هاي پلاتينی که می‌توانند روی سطح قرار گيرند و با الکتروليت در تماس باشند (يعنی در مرز سه فازی قرار گيرند) بسيار کمتر از کل مولکول‌های پلاتين است. اين يعنی اينکه بيشتر مولکول‌های پلاتين نمی‌توانند نقش کاتاليزوری داشته باشند و در واقع، مولکول‌هاي پلاتينی که روی سطح قرار ندارند به هدر می‌روند. به بيانی ديگر چون تعداد مولکول‌های پلاتين در مرز سه فازی کم بود، بازده پيل سوختی هم پايين بود. بنابراين، برای حل اين مشکل بايد دو مسئله رفع می‌شد: 1) مقدار پلاتين مصرفی در ساخت پيل سوختی کاهش می يافت. 2) سطح بيشتری از مولکول‌های پلاتين در دسترس قرار می‌گرفتند. راه حل يک راه برای رفع مشکلات مذکور اين بود که پلاتين را بر روی ماده‌ای که سطح زيادی دارد پخش کنند. اين ماده که بستر نام گرفت علاوه بر داشتن سطح زياد، بايستی رسانا هم می‌بود. امروزه از انواع مختلف کربن به عنوان بستر پيل‌های سوختی پليمری استفاده می‌شود. علت اصلی انتخاب کربن به عنوان بستر، ويژگی‌های بی‌نظير اين ماده است که از آن جمله می‌توان به موارد زير اشاره کرد: 1. قيمت ارزان 2. هدايت الکتريکی بالا 3. مقاومت زياد در برابر خوردگی 4. پايداری خوب شيميايی نقش بستر چيست؟ با پخش کردن پلاتين بر روی کربن، اندازه ذرات پلاتين به حدود 2 نانومتر يا کمتر میرسد. همان‌طور که می‌دانيم وقتی ذرات به ابعاد نانومتری برسند، سطح تماس‌شان به طور چشم‌گيری افزايش می‌يابد، در نتيجه با توزيع پلاتين بر روی يک بستر کربنی، می‌توان با مقدار بسيار کمتر پلاتين به سطح تماس زيادتری دست پيدا کرد. با اين کار هم مقدار استفاده از پلاتين کم می‌شود و هم سطح پلاتين بيشتری در دسترس خواهد بود. علاوه بر اين به علت واکنش‌هاي بين پلاتين و بستر، امکان دارد ساختار الکترونيکي اتم‌هاي پلاتين بهبود يابد که اين امر باعث افزايش جزئي فعاليت کاتاليزوري مي‌شود. به علاوه، اين برهمکنش‌ها، موجب مي‌گردد که ذرات پلاتين بر روي بستر گير کنند، بنابراين ذرات پلاتين ديرتر کلوخه می‌شوند. کلوخه شدن ذرات پلاتين باعث کاهش سطح تماس آنها می‌شود. دستاوردهای فناوری‌نانو با استفاده ار فناوری‌نانو می‌توان الکترودهايی سبک، نازک و ارزان قيمت تهيه کرد که نسبت به الکترودهای معمولی بازده بهتری دارند. در اين زمينه می‌توان از نانوفيبرهای‌کربنی، نانولوله‌های‌کربنی يا ترکيباتی که دارای حفره‌هايی با اندازه نانومتری دارند استفاده کرد (شکل 4). در اين ميان نانولوله‌های کربنی بيش از سايرين مورد توجه واقع شده‌اند. شکل 4. توزيع پلاتين بر روی نانو فيبرهای‌کربنی. نانولوله‌های کربنی شکل جديد از کربن هستند که می‌توانند تک‌ديواره و يا چندديواره باشند. اين مواد دارای خواص جالبی (نسبت طول به عرض بالا، مقاومت زياد در برابر خوردگی، هدايت الکتريکی خوب و ...) هستند. (برای مطالعه بيشتر به مقالات مرتبط به نانولوله‌های کربنی در سايت مراجعه کنيد.) به علت همين ويژگي‌های منحصر به فرد نانولوله‌های کربنی، امروزه آنها گزينه‌ای مناسب برای بستر پلاتين در پيل‌های سوختی پليمری به شمار می‌روند. شکل 5 نانولوله‌های کربنی را نشان داده می‌دهد که پلاتين بر روی آنها قرار گرفته است. همان‌طور که در شکل ديده می‌شود با قرار دادن پلاتين بر روی کربن، ذرات پلاتين کوچک شده‌اند. شکل 5. توزيع پلاتين بر روی نانولوله‌های‌کربنی به کمک نانولوله‌های‌کربنی می‌توان با استفاده از مقدار کمتری از پلاتين به سطح تماس زيادی دست پيداکرد. در اين صورت مقدار مصرف پلاتين و قيمت پيل سوختی کمتر می‌شود. نتيجه‌گيری با توجه به مطالبی که در اين سه مقاله گفته شد، هيدروژن می‌تواند به عنوان سوختی جايگزين در آينده در نظر گرفته شود. ابزار اين کار پيل‌های سوختی است و ازاين‌رو توسعه اين دستگاه‌ها به عنوان وسيله توليد الکتريسيته اهميت زيادی دارد. برای تجاری سازی پيل‌های سوختی بايد تلاش کرد تا قيمت آنها را پايين آورد. در اين زمينه فناوری‌نانو می‌تواند نقش مهمی داشته باشد و به توليد پيل‌های سوختی با قيمت کمتر و بازده بيشتر کمک کند. نانوفيبرهای‌کربنی، نانولوله‌های‌کربنی يا ترکيباتی که دارای حفره‌هايی با اندازه نانومتری دارند، پيشنهادهای فناوری‌نانو برای بهبود عملکرد پيل‌های سوختی هستند.