پژوهشی برای طراحی و توسعه الکترودهای دومنظوره با هدف استفاده همزمان در سلولهای سوختی میکروبی و ابرخازنها، در دانشگاه گیلان و با حمایت بنیاد ملی علم ایران به نتیجه رسید. این دستاورد برای حل چالشهای ذخیرهسازی انرژیهای تجدیدپذیر مثل باد و خورشید توسعه یافته تا مدیریت بحران انرژی در زمانهای کاهش تولید آسانتر شود.
دانشگاه گیلان و سلولهای سوختی میکروبی
مریم فرحمند حبیبی در دوره پسادکتری خود و با راهنمایی مجید آروند، این پروژه را در دانشگاه گیلان پیش برد. در کنار سلولهای سوختی، ابرخازنها نیز به دلیل توان بالا، طول عمر مناسب و ایمنی مطلوب، برای ذخیرهسازی انرژی مورد توجه قرار گرفتهاند.
سلولهای سوختی میکروبی یکی از فناوریهای نوظهور در این حوزه هستند که با استفاده از فعالیت میکروارگانیسمها، مواد آلی را تجزیه کرده و همزمان انرژی شیمیایی موجود در آنها را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.
عملکرد این سیستمها به شدت به ویژگیهای الکترودها وابسته است. به همین دلیل، طراحی مواد الکترودی جدید و با کارایی بالا، یکی از نیازهای اساسی برای گسترش کاربرد این فناوریهاست.
الکتروکاتالیستهای دومنظوره و فلزات غیرنجیب
تمرکز اصلی این تحقیق روی طراحی الکتروکاتالیستهای دومنظوره است؛ موادی که هم در واکنش کاهش اکسیژن برای تولید انرژی فعال هستند و هم قابلیت ذخیره انرژی در ابرخازنها را دارند.
قیمت بالای کاتالیزورهای تجاری مبتنی بر پلاتین و محدودیت منابع، تجاریسازی این فناوریها را دشوار کرده بود. محققان برای رفع این مشکل، بر توسعه الکتروکاتالیستهای مؤثر اما ارزانقیمت بر پایه فلزات غیرنجیب تمرکز کردند.
ایجاد ساختارهای متخلخل با سطح ویژه بالا از طریق مهندسی مورفولوژی مواد الکترودی، نقش کلیدی در افزایش کارایی این سیستمها ایفا میکند.
ترکیب این نوآوری با ابزارهای مدیریتی نظیر کنتورهای هوشمند ایرانی، میتواند به مدیریت بهتر ناترازی شبکه برق کمک کند.
الکتروکاتالیستهای دومنظوره با سادهتر کردن سیستمها و کاهش هزینهها، باعث افزایش دوام و انعطافپذیری تجهیزات میشوند. در واقع، استفاده از یک الکترود برای چندین عملکرد، مزایای زیادی نسبت به ساختارهای معمولی دارد.
دستیابی به الکترودهای پایدار و کارآمد، گامی ضروری برای تجاریسازی این فناوریهاست. این پژوهش با ارائه ساختارهای نوین، مسیر توسعه سیستمهای تبدیل و ذخیره انرژی پاک را هموارتر میکند.
ترکیب تولید و ذخیره انرژی در یک ساختار واحد و حذف وابستگی به فلزات گرانبهایی مثل پلاتین، هزینههای صنعتی را پایین میآورد. چنین دستاوردی برای مقابله با نوسانات منابع تجدیدپذیر و حفاظت از محیطزیست حیاتی است.
سؤالات متداول
الکترودهای دومنظوره چه کاربردی دارند؟
این الکترودها میتوانند همزمان در دو فرآیند متفاوت عمل کنند؛ ابتدا در واکنش کاهش اکسیژن برای تولید انرژی در سلولهای سوختی و سپس در ذخیرهسازی انرژی در ابرخازنها.
چرا استفاده از فلزات غیرنجیب در این پژوهش اهمیت دارد؟
کاتالیزورهای تجاری فعلی از فلزات گرانبهایی مثل پلاتین استفاده میکنند که هزینه بسیار بالایی دارند. جایگزینی آنها با فلزات اقتصادی، مسیر تجاریسازی و استفاده گسترده از این فناوری را هموار میکند.
