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

فرحمند حبیبی در اشاره به مشکلات ناشی از افزایش مصرف سوخت‌های فسیلی و ضرورت فناوری‌های نوین انرژی گفت: کاهش منابع انرژی تجدیدپذیر، آسیب به محیط‌زیست و نیاز به توسعه سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، توجه به تحقیق و توسعه در زمینه فناوری‌های تبدیل و ذخیره انرژی را به امری بحرانی تبدیل کرده است.

وی ادامه داد: سلول‌های سوختی میکروبی ظهور یکی از فناوری‌های نوین در این حوزه است که با بهره‌گیری از فعالیت میکروارگانیسم‌ها، مواد آلی را تجزیه کرده و به‌طور همزمان انرژی شیمیایی نهفته در آن‌ها را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. همچنین، ابرخازن‌ها به دلیل ظرفیت توان بالا، چرخه عمر مناسب، ایمنی مطلوب و هزینه نگهداری کم، به عنوان یکی از گزینه‌های کلیدی در حوزه ذخیره‌سازی انرژی مورد توجه قرار گرفته‌اند.

این پژوهشگر با تأکید بر اهمیت مواد الکترودی در عملکرد این سیستم‌ها، اظهار داشت: ویژگی‌های الکتروشیمیایی سلول‌های سوختی میکروبی و ابرخازن‌ها به‌شدت به خصوصیات الکترودهای به کار رفته بستگی دارد. به همین دلیل، طراحی و توسعه مواد الکترودی نوین با عملکرد بالا، یکی از نیازهای ضروری به منظور گسترش کاربرد این فناوری‌ها به شمار می‌رود.

وی ادامه داد: در این پژوهش، تمرکز بر طراحی الکتروکاتالیست‌های دومنظوره وجود دارد؛ موادی که می‌توانند به عنوان یک کاتالیزور در واکنش کاهش اکسیژن، که فرآیندی کلیدی در سلول‌های سوختی است، عمل کرده و همزمان ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی در ابرخازن‌ها را نیز داشته باشند. این رویکرد به دنبال یکپارچه‌سازی فعالیت‌های کاتالیزوری مورد نیاز برای تولید انرژی و امکانات ذخیره‌سازی انرژی در یک ساختار مشترک است.

فرحمند حبیبی با تأکید بر اهمیت طراحی ساختار الکترودها افزود: مهندسی ساختار و مورفولوژی مواد الکترودی نقش کلیدی در بهبود عملکرد آن‌ها ایفا می‌کند. لذا، در این طرح تلاش شده است الکترودهایی با ساختار متخلخل و سطح ویژه بالا طراحی و تولید شوند تا به ارزیابی عملکرد آن‌ها در کاربردهای مرتبط با سلول‌های سوختی میکروبی و ابرخازن‌ها پرداخته شود.

وی در خصوص نیاز به توسعه این فناوری بیان کرد: تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر مانند خورشید، باد و انرژی زمین‌گرمایی به دلیل نوسانات طبیعی همیشه با چالش‌های مربوط به ذخیره‌سازی روبه‌رو بوده است. ذخیره‌سازی انرژی تولید شده در زمان‌های مناسب و استفاده از آن در زمان‌هایی که تولید کاهش می‌یابد، یکی از راهکارهای کلیدی برای مدیریت بحران انرژی به حساب می‌آید. سیستم‌های الکتروشیمیایی مانند سلول‌های سوختی و خازن‌های الکتروشیمیایی می‌توانند در این زمینه نقش مؤثری ایفا کنند.

این پژوهشگر در اشاره به محدودیت‌های موجود در کاتالیزورهای مرسوم، گفت: کاتالیزورهای تجاری که بر مبنای فلزات گرانبهایی مانند پلاتین ساخته شده‌اند، به دلیل هزینه‌های بالا و محدودیت منابع، به چالش‌هایی برای استفاده گسترده از این فناوری‌ها منجر شده‌اند. به همین جهت، توسعه الکتروکاتالیست‌های مؤثر مبتنی بر فلزات غیرنجیب و اقتصادی، یکی از فعالیت‌های مهم پژوهشی اخیر در این حوزه به شمار می‌آید.

وی اضافه کرد: الکتروکاتالیست‌های دومنظوره می‌توانند با کم کردن هزینه و پیچیدگی سیستم‌ها، افزایش دوام و انعطاف‌پذیری تجهیزات و امکان استفاده از یک الکترود برای چند عملکرد، مزایای قابل توجهی نسبت به ساختارهای سنتی ایجاد کنند.

فرحمند حبیبی در خاتمه بیان کرد: با توجه به کاربردهای وسیع اقتصادی و صنعتی سلول‌های سوختی میکروبی و ابرخازن‌ها، رسیدن به الکترودهای مؤثر و پایدار، گام اساسی برای تجاری‌سازی این فناوری‌ها به شمار می‌رود. این پژوهش با هدف ارائه ساختارهای الکترودی نوآورانه، به دنبال هموار کردن مسیر توسعه سیستم‌های تبدیل و ذخیره انرژی پاک است.