اثر نانو ذرات اکسید سریم بر الکتروکاتالیست پلاتین-قلع برای توسعه پیل سوختی متانولی مستقیم و غشا مبادله پروتون

مجموعه ای از عوامل مختلف از جمله محدودیت منابع فسیلی، تأثیرات منفی زیست محیطی بهره گیری از منابع هیدروکربنی، افزایش قیمت سوخت های فسیلی، منازعات سیاسی و تأثیرات آن بر روی ارائه انرژی پایدار از جمله دلایلی هستند که بسیاری از سیاستمداران و متخصصین مباحث انرژی و محیط زیست را در حرکت به سوی ایجاد ساختاری نوین مبتنی بر امنیت ارائه انرژی، حفظ محیط زیست و ارتقاء کارایی سیستم انرژی وادار نموده است. بر این اساس هیدروژن یکی از بهترین گزینه ها جهت ایفای نقش حامل انرژی در این سیستم جدید می باشد. پیل های سوختی فن آوری جدیدی برای تولید انرژی می باشند که بدون ایجاد آلودگی های زیست محیطی و صوتی، از تـرکیب مستقیم بین سوخت و اکسید کننده، انـرژی الکتریکی با بازدهی بالا تـولید می کنند. تولید مستقیم الکتریسیته جایگزینی برای چرخه کارنو جهت تبدیل انرژی شیمیایی حاصل از سوخت به انرژی گرمایی و مکانیکی و در نهایت الکتریسیته می باشد که اتـلاف انرژی را به حداقل ممکن می رساند. به طور کلی مزایای پیل‎های سوختی عبارت اند از: ? بازده بالا ? سازگاری با محیط زیست ? سادگی سیستم از نظر تعمیر ونگهداری ? تنوع در سوخت مصرفی ? عدم آلودگی صوتی به سبب نداشتن قسمت های متحرک ? طراحی و ساخت توان‎های کوچک (میلی وات ) تا بزرگ (مگاوات) ? امکان استفاده از سوخت های فسیلی و پاک، مدولار بودن ? قابلیت تولید هم زمان حرارت و الکتریسیته و استفاده در کاربردهای تولید غیرمتمرکز انرژی پیل سوختی مجموعه ای از الکتـرولیت، الکتـرودها و صفحات دو قطبـی است. شکل ظاهری همه پیل های سوختی به هم شبیه است. دو الکترود مثبت و منفی اجزای سازنده آن را تشکیل می دهد که به دور یک الکترولیت (جامد یا مایع) پیچیده شده اند. یک مـدار خارجی دو الکتـرود را به هم اتصال داده و الکترون های اطراف مدار را به جریان الکتریسیته تبدیل می کند. در پیل سوختی (به عنوان مثال نوع الکترولیت پلیمر جامد) هیدروژن از آند و اکسیژن از کاتد وارد می شود. هیدروژن الکترون خودرا در آند از دست داده و به صورت پروتون از طریق غشا به سمت کاتد حرکت می کند. الکترون نیز از طریق مدار خارجی به سوی کاتد هدایت شده و اکسیژن با دریافت الکترون و پروتون به آب تبدیل می شود. درحقیقت واکنش شیمیایی میان عناصر اکسیژن و هیدروژن در پیل سوختی سبب تولید انرژی پاک می شود. در کل، واکنش اکسیداسیون هیدروژن (hor) دارای سینتیک سریع در آند می باشد، و در سوی دیگر در واکنش کاهش اکسیژن در کاتد (orr) محدودیت سینتیکی داریم. بنابراین در پیل های سوختی دمای پایین، بهبودبخشی فعالیت کاتالیست برای orrقطعاً سبب افزایش بازده می شود. مناسب ترین کاتالیست برای آند و کاتد در پیل های سوختی دمای پایین پلاتین پشتیبان شده روی کربن می باشد (1). پلاتین نقش مهمی را به خاطر خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه اش در بسیاری از کاربری ها ایفا می کند. این کاتالیست به عنوان مهم ترین کاتالیست در کاهش گازهای آلاینـده اتومبیل ها، نفت سبک، و پیل های سوختی غشا مبادله پروتون (pem)استفاده می شود. به هر حال، بزرگ ترین مشکل در کاربرد عملی کاتالیست پلاتین قیمت بالا و حساسیت بالای آن نسبت به سموم سولفید، نیتریک اکسیدها، وco ، که اغلب حدواسط های این گونه واکنش ها هستند می-باشد. بنابراین تغییرات اقتصادی و موثر در کاتالیست ها حایز اهمیت می باشد.