خب بچه‌ها، بیاید یه خبر خیلی خفن رو با هم مرور کنیم! دانشمندای دانشگاه کیوشو توی ژاپن یه سلول سوختی جدید ساختن که با دمای خیلی پایین‌تر از مدل‌های قبلی کار می‌کنه. حالا ممکنه بپرسین: سلول سوختی اصلاً چیه؟! سلول سوختی یه جور دستگاهه که می‌تونه با تبدیل هیدروژن به برق، انرژی تولید کنه و خیلی به درد آینده‌ی پاک و دوستدار محیط زیست می‌خوره.
تا حالا سلول‌های سوختی جامد یا همون SOFC (یه مدل خاص سلول سوختیه که با مواد سرامیکی کار می‌کنه و به سلول سوختی اکسید جامد معروفه) معمولاً مجبور بودن توی دمای خیلی بالا یعنی حدود ۷۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد (مثلاً ۱۳۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه فارنهایت!) کار کنن. واسه همین، درست کردنشون حسابی گرون درمیومد چون باید از مواد خاص و مقاوم به گرما استفاده می‌کردن.
اما این تیم ژاپنی با یه روش جدید موفق شدن یه سلول سوختی بسازن که با دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد (یا ۵۰۰ درجه فارنهایت) کار می‌کنه! یعنی حدوداً نصف دمای مدل‌های قبلی. جای شاخ درآوردن داره واقعاً! این یعنی تولیدش خیلی ارزون‌تر میشه و حتی شاید خانواد‌ه‌ها هم بتونن بعداً توی خونه‌هاشون ازش استفاده کنن.
توی این مدل جدید، بچه‌های کیوشو اومدن قسمت الکترولیت (یعنی لایه‌ای که کارش جابجا کردن پروتون یا همون یون هیدروژنه و برق تولید می‌کنه) رو کلی مهندسی کردن. همیشه وقتی دانشمندا می‌خوان با افزودنی‌های شیمیایی (doping) پروتون بیشتری بسازن، معمولاً یه مشکلی پیش میاد: این مواد اضافی باعث میشن مسیر حرکت پروتون‌ها توی ساختار بلوری سرامیک بند بیاد و سرعتش پایین بیاد، درنتیجه کل عملکرد دستگاه میاد پایین.
اما ترفند تیم ژاپنی چی بود؟ اونا دو تا ماده به اسم باریم استانیت (BaSnO3) و باریم تیتانیت (BaTiO3) رو انتخاب کردن و به شدت با عنصر اسکاندیوم (Scandium) دوپینگ کردن. اسکاندیوم یه عنصر فلزیه که باعث شد توی ساختار سرامیکی یه مسیر خیلی جالب درست بشه که خود دانشمندا اسمشو گذاشتن “بزرگراه ScO₆”. معنی‌اش اینه که پروتون‌ها می‌تونن خیلی راحت و بدون اینکه گیر بیفتن، از این مسیر رد بشن.
نتیجه‌ش چی بود؟ توی دمای پایین ۳۰۰ درجه سانتیگراد، این الکترولیت جدید بیشتر از ۰.۰۱ S/cm (یه واحد برای رسوندن تعداد پروتون‌ها) رسانایی داره. این عدد تقریباً مشابه همون مدل‌های گرون و داغِ قدیمی س! یعنی پای عملکرد دمای پایین واقعاً به میدون اومده.
این کشف نه تنها سلول‌های سوختی رو ارزون و دم دستی‌تر می‌کنه، بلکه مثل یه مدل الگویی می‌مونه برای ساخت کلی ابزار دیگه تو حوزه انرژی. مثلاً میشه این روش رو برای الکترولایزرهای دمای پایین (دستگاه‌هایی که با برق هیدروژن می‌سازن)، پمپ‌های هیدروژنی و حتی راکتورهایی که دی‌اکسیدکربن رو به مواد شیمیایی ارزشمند تبدیل می‌کنن هم استفاده کرد. این یعنی تأثیر بزرگ تو کاهش آلایندگی و غلبه به گرمایش زمین.
پروفسور یامازاکی که سرپرست این تیم بوده میگه این کارشون یه معمای علمی قدیمی رو به جواب رسونده؛ از اون حالت تئوری و دردسرساز آوردنش بیرون و تبدیلش کردن به یه راهکار عملی و مفید. خلاصه که با این دستاورد، میشه انتظار داشت انرژی هیدروژنی ارزون، کم‌دردسر و حتی توی زندگی روزمره نزدیک‌تر از همیشه به ما بشه.
پس دفعه بعدی که اسم سلول سوختی اکسید جامد یا SOFC به گوشتون خورد، با خیال راحت بگین: دیگه اینا می‌تونن با دمای پایین و قیمت کمتر هم کار کنن، اونم به لطف دستاورد ژاپنی‌ها!
منبع: +
