عمر پیل های سوختی در خودرو های سنگین به ۲۰۰ هزار ساعت می رسد
آجاک: محققان دانشگاه کالیفرنیا با طراحی نوآورانه کاتالیستی، عمر پیل های سوختی را به بالای ۲۰۰ هزار ساعت بالا بردند.
به گزارش گروه علمی ایرنا از ستاد توسعه فناوری های نانو، تیمی از محققان دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس (UCLA)، موفق به طراحی نوعی کاتالیست پلاتین شده اند که با لایه ای محافظ از گرافن و پایه ای از کربن متخلخل کتجن بلک (Ketjenblack) محافظت می شود.
این ساختار منحصربه فرد می تواند عمر عملیاتی پیل های سوختی را به طرز قابل ملاحظه ای افزایش داده و آنها را جهت استفاده در خودرو های سنگین و حمل و نقل طولانی مدت بسیار مناسب تر کند.
فناوری که زیر نظر یو هوانگ (Yu Huang)، استاد مهندسی مواد در UCLA توسعه یافته، از نانوذرات فوق ریز پلاتین استفاده می نماید، در حفره هایی از جنس گرافن تعبیه شده اند.
این ساختارهای گرافنی سپس در قسمت متخلخل کربن کتجن بلک جای گذاری می شوند و ساختاری لایه لایه و مقاوم در مقابل شرایط سخت ایجاد می کنند.
این طراحی معروف به «ذره درون ذره»، مزیت پایداری بلند مدت را با عملکرد شیمیایی بالا ترکیب می کند؛ خصوصیت ای که برای بازدهی بالای پیل های سوختی بسیار حیاتی می باشد. برخلاف کاتالیست های سنتی که از آلیاژ پلاتین استفاده می نمایند و در گذر زمان گرفتار اُفت عملکرد می شود و این کاتالیست جدید با تاکید بر پلاتین خالص و محافظت شده، توانسته است این مشکل مزمن را رفع کند.
در آزمون های شبیه سازی شده برای شرایط واقعی رانندگی، این کاتالیزور تنها ۱.۱ درصد کاهش توان را بعد از ۹۰ هزار چرخه ولتاژی از خود نشان داده در حالیست که کاهش ۱۰ درصدی در چنین آزمایش هایی بسیار موفق تلقی می شود.
این عملکرد نشان دهنده عمر عملیاتی بیشتر از ۲۰۰ هزار ساعت برای سیستم های پیل سوختی است؛ عددی که حدود هفت برابر هدف گذاری وزارت انرژی آمریکا (DOE) برای سال ۲۰۵۰ به حساب می آید.
با آن که تنها حدود پنج درصد از خودرو های جاده ای را وسایل نقلیه سنگین می سازند، این گروه مسئول نزدیک به یک چهارم از کل انتشار گازهای گلخانه ای حمل و نقل هستند. این وسایل، شامل کامیون های باری، تریلرها و وسایل نقلیه حمل و نقل بین شهری، به علت وزن زیاد، نیازمند سیستم های سبک و پرقدرت هستند. پیل های سوختی که به مراتب از باتری های سنگین سبک ترند، انتخابی ایده آل برای این وسایل به شمار می آیند.
کاتالیست جدید با توان خروجی پیشبینی شده ۱.۰۸ وات بر سانتی متر مربع می تواند عملکردی مشابه باتری هایی عرضه نماید که تا ۸ برابر سنگین تر هستند. این اختلاف وزن، بخصوص در قسمت حمل و نقل سنگین که جابه جایی بارهای زیاد و فاصله های طولانی در دستور کار است، بسیار حیاتی می باشد.
پیل های سوختی هیدروژنی با تولید برق از واکنش شیمیایی هیدروژن، تنها بخار آب تولید می کنند و هیچ آلاینده ای از خود بر جای نمی گذارند. اما فرایند کند این واکنش، همواره نیازمند استفاده از کاتالیست بوده و پایداری کاتالیست ها مانعی بزرگ بر سر راه پیشرفت این فناوری بوده، با نوآوری اخیر تیم UCLA، این مانع هم تا حد زیادی برطرف شده است.
هوانگ در رابطه با اهمیت این موفقیت اظهار داشت: سامانه های پیل سوختی مخصوص خودرو های سنگین باید در مقابل شرایط کاری خیلی سخت دوام بیاورند و پایداری در اینجا یک چالش کلیدی است. ما با استفاده از پلاتین خالص و استراتژی محافظتی مبتنی بر گرافن، توانسته ایم فرسایش عناصر آلیاژی را حذف نماییم و عملکرد پایدار و قوی را حتی در شرایط دشوار هم حفظ نماییم.
یافته های جدید همینطور ادامه ای بر موفقیت پیشین این تیم در توسعه کاتالیستی برای خودرو های سبک است که عمر عملیاتی ۱۵ هزار ساعته داشت، یعنی حدود ۲ برابر هدف هشت هزار ساعتی تعیین شده توسط وزارت انرژی آمریکا است.
نوآوری در طراحی کاتالیست های مقاوم و پرکارایی مانند این نمونه، مسیر توسعه حمل و نقل مبتنی بر هیدروژن را هموارتر کرده و می تواند گام بزرگی در کاهش انتشار کربن و تحقق سیستم های حمل و نقل پایدار جهانی باشد.
منبع: آجاك
این مطلب آجاک را پسندیدید؟
(0)
(0)
تازه ترینهای مرتبط
نظرات بینندگان در این باره