روش جدید بررسی تخریب سلول‌های سوختی می‌تواند عمر خودروهای هیدروژنی را افزایش دهد

محققان یک روش جدید برای تعیین چگونگی پیری سلول‌های سوختی توسعه داده‌اند. آن‌ها می‌توانند دقیقاً محل و زمان تخریب را با مطالعه سلول سوختی در مراحل مختلف استفاده مشخص کنند.

هیدروژن که به عنوان سوخت آینده معروف است، به عنوان یک منبع انرژی پاک و کارآمد محبوبیت یافته است.

اما مشکل اصلی این است که عمر سلول‌های سوختی مبتنی بر هیدروژن را افزایش دهیم. سلول‌های سوختی بادوام برای خودروهای پاک مبتنی بر هیدروژن که نیاز به کار کردن به مدت ساعات طولانی دارند بسیار ضروری هستند.

برای این منظور، محققان دانشگاه فناوری چالمرز به میکروسکوپ‌های الکترونی پیشرفته مراجعه کردند. هدف آنها؟ ردیابی تخریب ذرات یا اجزای خاص درون سلول سوختی.

لینئا استراندبرگ در چالمرز گفت: "از اینکه فقط به بررسی چگونگی پیری سلول سوختی پس از استفاده می‌پرداختیم، اکنون توانسته‌ایم به مراحل میانی نیز نگاه کنیم."

استراندبرگ افزود: "توانایی پیگیری یک ذره خاص در یک ناحیه خاص، درک بسیار بهتری از فرآیندهای تخریب به ما داد."

تخریب سلول سوختی

سلول‌های سوختی مانند باتری‌هایی هستند که خود را شارژ می‌کنند - تا زمانی که سوخت داشته باشند. این دستگاه‌ها از طریق یک واکنش شیمیایی برق تولید می‌کنند. این دستگاه‌ها شامل سه لایه اصلی هستند: دو الکترود (آند و کاتد) با یک غشاء یون‌رسان در وسط.

الکترودها که با ماده کاتالیزور پوشیده شده‌اند، هیدروژن و اکسیژن را دریافت می‌کنند. یک واکنش شیمیایی رخ داده و برق و آب تمیز به عنوان محصولات جانبی تولید می‌شود.

اما با گذشت زمان، اجزای اساسی سلول سوختی دچار تخریب می‌شوند.

در این مطالعه، میکروسکوپی الکترونی پیشرفته به آنها کمک کرد تا مکان‌های دقیق و پیشرفت تخریب کاتد را در طول چرخه‌های عملیاتی شناسایی کنند. جالب اینجاست که این روش به آنها امکان شناسایی تخریب مواد در هر دو سطح نانو و میکرو را داد.

بیورن ویکمن، رهبر پژوهش و استاد مجتمع فیزیک در چالمرز گفت: "پیشتر فرض می‌شد که عملکرد با جداسازی و مطالعه سلول سوختی به روشی که ما انجام داده‌ایم تحت تأثیر قرار می‌گیرد، اما این فرض نادرست است که تعجب‌برانگیز است."

تیم امیدوار است که این تکنیک بتواند به طور قابل توجهی عملکرد سلول سوختی را بهبود بخشد.

وسایل نقلیه آینده ممکن است از سلول‌های سوختی استفاده کنند

هیدروژن برای کامیون‌های بزرگ یک سوخت امیدبخش است زیرا تنها بخار آب را به عنوان خروجی تولید می‌کنند. علاوه بر این، اگر هیدروژن از منابع تجدیدپذیر تولید شود، رد پای کلی کربن صفر است.

علاوه بر این، یک مزیت دیگر نیز وجود دارد: خودروهای هیدروژنی می‌توانند انرژی خود را ذخیره کنند، برخلاف خودروهای الکتریکی.

در حال حاضر، چالش اصلی که مانع از پذیرش گسترده خودروهای سلول سوختی هیدروژنی می‌شود، عمر نسبتاً کوتاه اجزای آنها است.

در یک بیانیه مطبوعاتی آمده است: "وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) اشاره کرده است که بهبود عمر سلول‌های سوختی یکی از مهمترین اهداف برای رسیدن به موفقیت تجاری خودروهای هیدروژنی مبتنی بر سلول سوختی است."

این مطالعه فعلی به این محدودیت پرداخته است. با درک این مکانیزم‌های تخریب، دانشمندان می‌توانند مواد جدیدی توسعه داده و طراحی سلول سوختی را برای عمر طولانی‌تر و عملکرد بهتر بهینه‌سازی کنند.