محققان آزمایشگاه ملی شیمی هند موفق شدند با به‌کارگیری نانولوله‌های کربنی تک‌جداره عامل‌دارشده با اسید سولفونیک یک روش شیمیایی را برای افزایش محتوای اسید سولفونیک غشاءهای نفیون توسعه داده و کارایی قابل توجه این غشاءهای ترکیبی را به‌عنوان الکترولیت در کاربردهای پیل‌های سوختی غشای الکترولیت پلیمری(PEMFC) نشان دهند. 

به گزارش سرویس فن‌آوری ایسنا، دکتر ویجایاموهانان پیلای، مجری طرح چنین توضیح می‌دهد:« بهبود در رسانایی پروتون غشای الکترولیت حتی با یک مرتبه بزرگی، می‌تواند عملکرد پیل‌های سوختی را به‌طور رؤیایی تغییر دهد. در حال حاضر از غشاءهای ساخته‌شده از نفیون(اسید سولفونیک در شکل یک پلیمر جامد) به‌عنوان غشای الکترولیت پلیمری(PEM) در پیل‌های سوختی ـ که در دماهای 80-60 درجه سانتی گراد کار می‌کنند ـ به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود.

اگرچه این غشاهای پیشرفته رسانایی‌های خوبی برای پروتون، در محدوده 01/0 تا 1/0 زیمنس بر سانتی‌متر در محیط مرطوب دارند؛ ولی دارای محدودیت‌های زیادی نیز هستند که عبارتند از وابستگی به آب برای رسانایی الکتریکی، نفوذپذیری بالا برای متانول و میل به تجزیه‌ شدن در حضور رادیکال‌های هیدروکسی، یک مداخل‌کننده در واکنش کاتدی و پایداری شیمیایی و مکانیکی متوسط.

پیلای می‌گوید که تلاش‌های مهمی از سوی محققان پیل سوختی، در جهت توسعة مواد ترکیبی صورت گرفته که می‌تواند قابلیت‌های نفیون را در نگهداری آب بالا ببرد، به گونه‌ای که در دماهای بالا، رسانایی پروتون را از دست ندهد.

او می‌گوید:«ما در کار خود از نانولوله‌های کربنی عامل‌دارشده با اسید سولفونیک در ماتریس نفیون استفاده کرده‌ایم و توانسته‌ایم تعداد گروه‌های اسید سولفونیک را ـ که یک عامل کلیدی در رسانایی آن است ـ در این غشا افزایش دهیم.»

استفاده از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره می‌تواند پایداری مکانیکی غشاهای ترکیبی را نسبت به غشاهای نفیون افزایش دهد؛ بنابراین می‌تواند قیمت‌ها را در فناوری PEMFC پایین آورد.

پیلای توضیح می‌دهد که رسانایی بالای پروتون در نفیون به ساز و کاری که در آن سازمان‌دهی مجدد پیوندهای هیدرژنی یک نقش کلیدی بازی می‌کنند، مربوط می‌شود.

به گزارش ستاد ویژه توسعه فن‌آوری نانو، همین که اسید سولفونیک‌های اضافی در سطح نانولوله‌های تک‌جداره قرار می‌گیرد، شرایط خوبی را برای جست‌وخیز آسان پروتون آماده می‌کند که این عمل به نوبة خود باعث افزایش تحریک‌پذیری پروتون و بالا رفتن رسانایی می‌شود. غشاهای ترکیبی نفیون - نانولوله‌های کربنی تک‌جدارة عامل‌دارشده، تقریباً یک مرتبه بزرگی رسانایی بالاتری دارند، در عوض ما فهمیده‌ایم که غشاهای ترکیبی نفیون - نانولوله‌های کربنی تک‌جدارة عامل‌دارنشده، هیچ بهبودی در رسانایی پروتون نشان نمی‌دهند.

این کار راه تازه‌ای برای طراحی الکترولیت‌های پلیمری برای چشمه‌های توان الکتروشیمیایی مانند پیل‌های سوختی گشوده‌ است و نشان می‌دهد که جدای از بهبود قابل توجه در رسانایی پروتون، غشاهایی که به‌طور مناسبی با به‌کارگیری نانولوله‌های کربنی عامل‌دارشده طراحی شده‌اند، قادر خواهند بود که بدون لطمه زدن به رسانایی پروتون، نفوذپذیری متانول را کاهش دهند.