پیل سوختی میکروبی با استفاده از غشا الیاف توخالی پلی اتر سولفان به عنوان تبادل کننده پروتون
Abstract
پیل¬های سوختی میکروبی سیستم هایی هستند که با بکارگیری باکتری¬ها به عنوان کاتالیست از مواد آلی، انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. یک پیل سوختی معمولا از یک محفظه آند و یک محفظه کاتدی تشکیل شده¬است که توسط غشای از هم جدا می¬شود. از پارامترهای بسیار تاثیرگذار در عملکرد پیل¬های سوختی میکروبی، نوع غشایی است که در آن بکار می¬رود. در سال¬های اخیر غشاهای جدید و متفاوتی برای کاربرد در پیل¬های سوختی میکروبی در حال بررسی می باشند که می-تواند به عنوان تبادل کننده پروتون نقش خود را در بهبود عملکرد این پیل¬ها به خوبی ایفا کند. معمولا غشاهایی که در این پیل-ها استفاده می¬شوند، دارای معایبی هستند که از جمله آنها گران بودن، پایین بودن میزان انتقال پروتون و ناپایداری عملکرد می-باشند. در این پژوهش، برای اولین بار غشاء الیاف توخالی پلی اترسولفان به عنوان تبادل کننده پروتون در پیل سوختی میکروبی مورد مطالعه تجربی واقع شده است. این غشاء دارای ساختاری لوله¬ای شکل می¬باشد و محفظه کاتدی شامل فضای درونی غشاء لوله¬ی شکل می¬باشد. انجام آزمایش¬ها در سه دبی متفاوت از خوراک صورت گرفت که بواسطه آنها ولتاژ های متفاوتی بدست آمد. حداکثر ولتاژ در این پیل در دبی 5/3 میلی لیتر بر دقیقه و برابر با 768 میلی ولت اندازه گیری شد. علاوه بر آن آزمایش ها نشان داد که با کاهش دبی تا مقدار 5/3 میلی لیتر بر دقیقه چگالی توان پیل سوختی افزایش می یابد بطوری که مقدار 593 میلی وات در هر متر مربع اندازه گیری شد. مقادیر ولتاژ و توان تولیدی غشاء در مقایسه با دیگر جداکننده¬ها از جمله نافیون قابل توجه می باشد. نتایج این تحقیق نشان می دهد غشا مورد استفاده می¬تواند جایگزین مناسبی برای جداکننده¬های پیلهای سوختی میکروبی باشد. ضمن اینکه طبق بررسی های انجام شده برای تولید توان در هر متر مربع از غشاء نافیون به میزان 2300 دلار هزینه لازم است در حالی که هزینه غشاء الیاف توخالی پلی اترسولفان استفاده شده در این تحقیق برای هر متر مربع در حدود یک دلار است. از دیگر مزایایی که این غشاء نسبت به دیگر غشاها دارد این است که زمان پایداری سیستم پیل سوختی را به شدت کاهش داده و در محدوده 8 الی 12 ساعت به بیش از 90 درصد عملکرد واقعی خود می رسد. با توجه به نتایج بدست آمده می توان پیشنهاد کرد که غشاء پلی اترسولفان می تواند نوع جدیدی از جداکننده¬های پیل سوختی میکروبی باشد که دارای هزینه کمتر و همچنین عملکرد بهتری نسبت به دیگر غشاها داشته باشد.