به گزارش خبرگزاری ایمنا و به نقل از ساینس دیلی، در حالی که جهان بهدنبال جایگزینهایی پایدار برای سوختهای فسیلی است، انرژی هیدروژنی بهعنوان یکی از امیدبخشترین گزینهها مطرح شده است. اکنون پژوهشگران دانشگاه کیوشو ژاپن از یک پیشرفت مهم در فناوری سلولهای سوختی خبر دادهاند که میتواند استفاده از هیدروژن را اقتصادیتر و در دسترستر کند؛ این گروه تحقیقاتی موفق شدهاند نوعی سلول سوختی اکسید جامد (SOFC) را توسعه دهند که بهجای دماهای بسیار بالا، در حدود ۳۰۰ درجه سانتیگراد با راندمان بالا کار میکند، این در حالی است که سلولهای سوختی اکسید جامد رایج برای عملکرد مناسب به دماهایی در حدود ۷۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد نیاز دارند؛ دماهایی که هزینه ساخت، مواد اولیه و نگهداری این سامانهها را بهشدت افزایش میدهد.
نتایج این پژوهش که در نشریه معتبر Nature Materials منتشر شده، نشان میدهد کلید این پیشرفت در طراحی یک الکترولیت جدید نهفته است، الکترولیت بخش مرکزی سلول سوختی است که وظیفه انتقال ذرات باردار را بر عهده داردTدر سلولهای هیدروژنی، این ذرات همان پروتونها هستند که حرکت آنها امکان تولید برق را فراهم میکند.
به گفته پروفسور «یوشیهیرو یامازاکی»، سرپرست این پژوهش، چالش اصلی همیشه این بوده که پروتونها در دماهای پایین بهاندازه کافی سریع حرکت نمیکنند، «اگر بتوانیم دمای کاری را به حدود ۳۰۰ درجه برسانیم، هزینه مواد بهطور چشمگیری کاهش پیدا میکند و راه برای کاربردهای مصرفی هموار میشود. اما تاکنون هیچ سرامیکی قادر نبود در این دما، رسانایی پروتونی لازم را فراهم کند.»
راهحل تیم دانشگاه کیوشو، استفاده از اکسیدهای خاصی مانند باریم استانیت (BaSnO₃) و باریم تیتانات (BaTiO₃) بود که با مقادیر بالایی از عنصر اسکاندیوم ترکیب شدهاند، افزودن اسکاندیوم موجب «گرفتگی» شبکه بلوری و کاهش سرعت حرکت پروتونها میشود، اما در این مواد جدید، اتفاقی متفاوت رخ داده است.
تحلیلهای ساختاری و شبیهسازیهای رایانهای نشان میدهد که اتمهای اسکاندیوم مسیرهایی موسوم به «بزرگراه ScO₆» ایجاد میکنند؛ مسیرهایی پهن و انعطافپذیر که پروتونها میتوانند با مانع بسیار کم در آنها حرکت کنند. این ساختار نرم و پویا مانع از بهدام افتادن پروتونها میشود؛ مشکلی که سالها توسعه الکترولیتهای کمدما را محدود کرده بود.
نتیجه این طراحی نوآورانه، دستیابی به رسانایی پروتونی بیش از ۰٫۰۱ زیمنس بر سانتیمتر در دمای ۳۰۰ درجه است؛ عددی که با عملکرد الکترولیتهای رایج در دماهای دو برابر برابری میکند، پژوهشگران میگویند پیامدهای این دستاورد فراتر از سلولهای سوختی است. همین اصل میتواند در فناوریهایی مانند الکترولیزورهای کمدما، پمپهای هیدروژن و حتی راکتورهایی برای تبدیل دیاکسیدکربن به مواد شیمیایی مفید به کار رود.
به گفته یامازاکی، این پژوهش یک تناقض دیرینه علمی را حل کرده و گامی مهم بهسوی انرژی هیدروژنی ارزان، کارآمد و قابل استفاده در زندگی روزمره برداشته است؛ گامی که میتواند نقش مهمی در کاهش انتشار کربن و مقابله با بحران اقلیمی ایفا کند.
نظر شما