بهبود کارايي پيلهاي سوختي با الکتروليتهاي پليمري
دانشمندان موسسه فناوري ماساچوست(MIT)، لايههاي نازک الکتروليتي پليمري جديدي را توليد كردند كه داراي رسانش يوني بالايي است؛ اين لايههاي نازک براي پيلهاي سوختي اصلاحشده، باتريها و پيلهاي خورشيدي بسيار نويدبخش هستند.
قطعات الکتروشيميايي براي تسهيل انتقال بار بين الکترودها، به الکتروليتها وابسته هستند؛ اما مشکلات مربوط به اين فرايندها در الکتروليتهاي مايع يا ژلي و موارد مربوط به ايمني آنها، استفاده روزافزون از اين قطعات را محدود كردهاست، اين در حالي است كه الکتروليتهاي پليمري از استحکام مکانيکي و انعطافپذيري بالايي در فرايند ساخت برخوردارند. نکته حائز اهميت اين است که اين پليمرها بايد رسانش يوني مناسبي داشته باشند.
پائولا هموند و همکارانش، از آرايش لايهبهلايه(LBL) در ساخت لايههاي نازک، از دو نوع پليمر مختلف استفاده کردند. اين دو پليمر با در كنار هم قرار گرفتن، داراي رسانش بالا و پايداري مکانيکي ميباشند.
هموند ميگويد:"ما يك لاية نازک در حالت جامد را با آرايش لايهبهلايه ايجاد کرديم که رسانش يوني آن سه برابر بيشتر از بهترين نوع فيلمهاي چندلاية قبلي است. رسانش پروتوني اين رسانندة يوني جديد، به رسانش پليمرهاي تخصصي گرانتر، بسيار نزديك است، که اين امر منجر شده تا اين روش بهعنوان رقيب سرسختي براي پيلهاي سوختي و کاربردهاي ديگر الکتروليتهاي حالت جامد به شمار رود."
آنها يافتند که با سولفوردار کردن يک پلياترآروماتيک ـ که از نظر مکانيکي و حرارتي پايدار است ـ و جفت كردن آن با يک پليمر مکمل، ميتوان رسانش يونياي در حد 35.3 mS cm-1 و يا بيشتر ايجاد نمود. چند لاية ايجادشده نسبت به اتانول نيز نفوذپذيري بسيار کمي دارد، همين امر منجر به مورد توجه قرار گرفتن اين پليمر براي استفاده از آن در پيلهاي سوختي متانول مستقيم(DMFC) شدهاست.
نافيون(Nafion) مادة غشايي استانداردي است که از آن در پيلهاي سوختي متانول مستقيم استفاده ميشود؛ اما نفوذپذيري اين ماده نسبت به متانول بيشتر است كه اين مسئله بازده پيلهاي سوختي را كاهش ميدهد. همود ميگويد:"استفاده از اين مواد چندلايه در يک پيل سوختي متانول مستقيم ميتواند بيش از 50 درصد از توان خروجي را افزايش دهد."
اگرچه اين پليمرهاي چندلايه روي سطح نافيون رشد داده ميشدند؛ اين گروه تحقيقاتي موفق به ساخت اين لايهها بدون نياز به زيرلاية نافيون شدند.