محققان اولین پیل سوختی جهان را با استفاده از فولاد ضد زنگ ساخته اند که می تواند تلفن های هوشمند را به مدت یک هفته نیرو دهد و زمان پرواز پهپاد را برای بیش از یک ساعت افزایش می دهد.
در دهه گذشته، فناوری تلفن همراه به سرعت پیشرفت کرده است. گوشیهای هوشمند، ساعتهای هوشمند، دوربینها و پهپادها بیش از هر زمان دیگری هوشمند و قدرتمند شدهاند.
با این حال، توسعه این فناوری ها همیشه با یک چالش بزرگ روبرو بوده است: تامین انرژی.
با کاربردهای نوآورانه مواد فولادی، این محدودیت ممکن است به زودی برطرف شود و نسل جدیدی از راه حل های قدرت برای دستگاه های الکترونیکی آینده ایجاد شود.
فناوری باتری طولانیتر-
محققان دانشگاه علم و فناوری پوهانگ در کره جنوبی به سرپرستی پروفسور گیونگ من چوی و محقق دکتری کون جونگ کیم، نوع جدیدی از پیل سوختی را با ترکیب فولاد ضد زنگ متخلخل با الکترولیتهای نازک- و الکترودهای لایهای با حداقل ظرفیت حرارتی ایجاد کردند.
طراحی جدید در مقایسه با باتریهای لیتیوم{0} یونی، دوام بهتر و عمر طولانیتری ارائه میدهد.
پیل سوختی می تواند یک گوشی هوشمند را پس از یک بار شارژ به مدت یک هفته تامین کند.
محققان یک سلول سوختی اکسید جامد مینیاتوری (SOFC) ساختند که می تواند انرژی کافی برای کار با تلفن های هوشمند به مدت تقریباً یک هفته و پهپادها را برای بیش از یک ساعت فراهم کند.
آنها همچنین پیشنهاد کردند که بر اساس مزایای ساختاری آن، این فناوری میتواند به طور بالقوه به سلولهای سوختی بزرگتر و مقرونبهصرفهتر برای-نسل بعدی سیستمهای قدرت خودرو توسعه یابد.
با استفاده از یک الکترولیت اکسید، پیل سوختی یون های اکسیژن را به الکترود سوخت منتقل می کند و هیدروژن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.
پیلهای سوختی اکسید جامد مینیاتوری سنتی اغلب از سیلیکون به عنوان ماده پشتیبانی استفاده میکنند. با این حال، عدم تطابق حرارتی بین مواد سیلیکون و الکترولیت می تواند منجر به تخریب سریع در حین کار شود.
هسته فولادی ضد زنگ
برای غلبه بر این محدودیت ها، پروفسور چوی طرحی را بر اساس فولاد ضد زنگ متخلخل انتخاب کرد.
در مقایسه با ساختارهای مبتنی بر{0}سیلیکون، طراحی فولاد ضد زنگ عملکرد و دوام پیل سوختی را بهبود بخشید.
طبق گفته پروفسور چوی و تیم تحقیقاتی اش، فولاد ضد زنگ به دلیل پایداری ترمودینامیکی عالی، استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر واکنش های اکسیداسیون و کاهش انتخاب شد.
برای دستگاههای انرژی پیشرفته مانند سیستمهای میکرو-SOFC، انتخاب مواد حیاتی است. محصولات فولادی ضد زنگ مانند ورق فولادی 304 به دلیل مقاومت در برابر خوردگی متعادل، خواص مکانیکی و عملکرد ساخت به طور گسترده در کاربردهای دقیق مورد استفاده قرار می گیرند.
در همین حال، ورق فولادی زنگ نزن 316 به دلیل محتوای مولیبدن، مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد و آن را برای محیط های سخت تر که در آن پایداری مواد مورد نیاز است، مناسب می کند.
تولید فولاد ضد زنگ پیشرفته برای کاربردهای انرژی
سلول سوختی مینیاتوری با استفاده از فرآیند ریختهگری نواری و لمینیت (TCL)، تکنیکی شبیه به چاپ سهبعدی که تولید دقیق ساختارهای{1} لایه نازک را امکانپذیر میسازد، تولید شد.
استفاده از ورق فولادی ضد زنگ به مهندسان اجازه می دهد تا اجزای سبک وزن و بسیار دقیق را با حفظ استحکام ساختاری توسعه دهند.
برای فناوریهای انرژی نسل بعدی، تولیدکنندگان به طور فزایندهای به موادی نیاز دارند که ترکیبی از:
- استحکام بالا
- پایداری حرارتی
- مقاومت در برابر خوردگی
- کنترل ابعادی دقیق
این الزامات، فولاد ضد زنگ را به یک انتخاب مواد مهم برای کاربردهای الکترونیکی پیشرفته و{0}} مرتبط با انرژی تبدیل میکند.
آینده برق قابل حمل
این تحقیق که در Scientific Reports منتشر شد، نشان داد که سلولهای سوختی اکسید جامد مینیاتوری طراحی شده با لایه نازک (میکرو-SOFC) میتوانند انرژی و چگالی انرژی ویژه بالاتری داشته باشند.
در صورت تجاری سازی موفقیت آمیز، این فناوری می تواند تا حدی جایگزین باتری های لیتیومی در دستگاه های الکترونیکی قابل حمل شود.
محققان توضیح دادند که این فناوری باتری برای وسایل الکترونیکی قابل حملی که به چگالی توان بالا و چرخه حرارتی سریع نیاز دارند، مناسب است.
اگرچه انتظار میرود گوشیهای هوشمند، لپتاپها، دستگاههای پوشیدنی و هواپیماهای بدون سرنشین کاربردهای اصلی باشند، اما کاربردهای بالقوه آن بسیار فراتر از لوازم الکترونیکی مصرفی است.
برنامههای کاربردی آینده میتواند شامل هواپیماهای فوق سبک مانند e-Gull، نسل بعدی-خانههای هوشمند، و حتی وسایل نقلیه الکتریکی مانند تسلا مدل 3 باشد.
با ادامه توسعه فناوریهای انرژی، مواد پیشرفته از جمله قطعات فولادی دقیق، ورقهای فولادی ضد زنگ و صفحات فولادی ضد زنگ به حمایت از نوآوری در سلولهای سوختی، الکترونیک و سیستمهای انرژی پاک ادامه خواهند داد.
