گام مهم محققان ایرانی برای حل مشکل ذخیره برق خورشیدی و بادی

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از مرکز ارتباطات و اطلاع‌رسانی معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست‌جمهوری، مریم فرحمند حبیبی در دوره پسادکتری خود با راهنمایی مجید آروند، پژوهشی با هدف «طراحی و توسعه الکترودهای دومنظوره برای کاربرد هم‌زمان در سلول‌های سوختی میکروبی و ابرخازن‌ها» در دانشگاه گیلان انجام داده است.

فرحمند حبیبی با اشاره به چالش‌های ناشی از مصرف فزاینده سوخت‌های فسیلی و نیاز روزافزون به فناوری‌های نوین انرژی گفت: کاهش منابع انرژی تجدیدناپذیر، تخریب محیط‌زیست و ضرورت توسعه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، اهمیت تحقیق و توسعه در حوزه فناوری‌های تبدیل و ذخیره انرژی را دوچندان کرده است.

وی افزود: 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. در کنار آن، ابرخازن‌ها نیز به دلیل دانسیته توان بالا، طول عمر چرخه‌ای مناسب، ایمنی مطلوب و هزینه نگهداری پایین، به‌عنوان یکی از گزینه‌های مهم ذخیره‌سازی انرژی مورد توجه قرار گرفته‌اند.

این پژوهشگر با اشاره به نقش تعیین‌کننده مواد الکترودی در عملکرد این سیستم‌ها اظهار کرد: خواص الکتروشیمیایی سلول‌های سوختی میکروبی و ابرخازن‌ها به‌شدت به ویژگی‌های الکترود مورد استفاده وابسته است. ازاین‌رو، طراحی و توسعه مواد الکترودی جدید با عملکرد بالا، یکی از نیازهای اساسی برای گسترش کاربرد این فناوری‌ها محسوب می‌شود.

وی ادامه داد: در این پژوهش، طراحی الکتروکاتالیست‌های دومنظوره مورد توجه قرار گرفته است؛ موادی که می‌توانند هم در واکنش کاهش اکسیژن به‌عنوان یک فرآیند کلیدی در سلول‌های سوختی عمل کنند و هم قابلیت ذخیره‌سازی انرژی در ابرخازن‌ها را داشته باشند. این رویکرد با هدف ترکیب فعالیت کاتالیزوری مورد نیاز برای تولید انرژی و قابلیت ذخیره انرژی در یک ساختار واحد ارائه شده است.

فرحمند حبیبی با اشاره به اهمیت ساختار الکترودها افزود: مهندسی ساختار و مورفولوژی مواد الکترودی نقش مهمی در افزایش کارایی آن‌ها دارد. از همین رو، در این طرح تلاش شده است الکترودهایی با ساختار متخلخل و سطح ویژه بالا طراحی و ساخته شوند تا عملکرد آن‌ها در کاربردهای مرتبط با سلول‌های سوختی میکروبی و ابرخازن‌ها مورد ارزیابی قرار گیرد.

وی درباره ضرورت توسعه این فناوری اظهار کرد: تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر مانند خورشید، باد و انرژی زمین‌گرمایی به‌دلیل نوسانات طبیعی، همواره با چالش ذخیره‌سازی مواجه است. ذخیره انرژی تولیدشده در زمان‌های مناسب و استفاده از آن در زمان کاهش تولید، یکی از راهکارهای مهم برای مدیریت بحران انرژی به شمار می‌رود. سیستم‌های الکتروشیمیایی مانند سلول‌های سوختی و خازن‌های الکتروشیمیایی می‌توانند نقش مهمی در این زمینه ایفا کنند.

این پژوهشگر با اشاره به محدودیت کاتالیزورهای رایج گفت: کاتالیزورهای تجاری مبتنی بر فلزات گرانبهایی مانند پلاتین، به‌دلیل هزینه زیاد و محدودیت منابع، استفاده گسترده از این فناوری‌ها را با چالش مواجه کرده‌اند. به همین دلیل، توسعه الکتروکاتالیست‌های مؤثر بر پایه فلزات غیرنجیب و اقتصادی، یکی از مسیرهای مهم پژوهش‌های اخیر در این حوزه است.

وی افزود: الکتروکاتالیست‌های دومنظوره می‌توانند با کاهش هزینه و پیچیدگی سیستم‌ها، افزایش دوام و انعطاف‌پذیری تجهیزات و امکان استفاده از یک الکترود برای چند عملکرد، مزایای قابل توجهی نسبت به ساختارهای معمولی داشته باشند.

فرحمند حبیبی در پایان خاطرنشان کرد: با توجه به کاربردهای گسترده اقتصادی و صنعتی سلول‌های سوختی میکروبی و ابرخازن‌ها، دستیابی به الکترودهای کارآمد و پایدار، گامی ضروری برای تجاری‌سازی این فناوری‌ها محسوب می‌شود. این پژوهش تلاش دارد با ارائه ساختارهای الکترودی نوین، مسیر توسعه سیستم‌های تبدیل و ذخیره انرژی پاک را هموارتر کند.