مقاله بررسی تاثیر زیر پایه های مختلف کربنی بر عملکرد الکتروشیمیایی پیل سوختی دما پایین پلیمری دارای 11 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد مقاله بررسی تاثیر زیر پایه های مختلف کربنی بر عملکرد الکتروشیمیایی پیل سوختی دما پایین پلیمری کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله بررسی تاثیر زیر پایه های مختلف کربنی بر عملکرد الکتروشیمیایی پیل سوختی دما پایین پلیمری،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن مقاله بررسی تاثیر زیر پایه های مختلف کربنی بر عملکرد الکتروشیمیایی پیل سوختی دما پایین پلیمری :
-1 مقدمه
جایگزینی سیستمهای سنتی و قدیمی توسط پیلهای سوختی از سالهای گذشته مورد توجه قرار گرفته است که در میان انـواع مختلف پیلهای سوختی، سیستمهای دما پایین بدلیل پیچیدگیهای موجود در سیستمهای دما بالا بسیار قابل توجه هستند. امـا استفاده از سیستمهای دما پایین مستلزم مدیریت مناسب آب و استفاده از کاتالیزورهای بسیار موثرتری است .[3-1]
مواد متخلخل با شبکه ساختاری منظم سه بعدی از اهمیت تکنولوژیکی بالایی برخوردار هستند و از آنها بعنوان کاتالیزور، زیـر پایـه، جاذب، خازنهای دو لایهای و مواد ذخیره کننده هیدروژن استفاده میشود .[4] این مـواد بـا فرآینـد قـالبگیری و سـپس از طریـق کربونیزاسیون در تخلخلهای قالبگیر و سپس خروج قالبگیر بدست میآید. در این سیستمها کاتالیزورهای پایه کربنی عامـل ایجـاد ارتباط بین نانوذرات فلزی هستند معمولاًو این کاتالیزورها از پایههای کربنتی عاملدار شده وسط فلز پلاتین ساخته شدهانـد. یـراًاخ استفاده از کربنهای مزوپور منظم با سطح ویژه بالا که پایههای مناسبی برای پخش کردن نانو ذرات پلاتین هـستند، مـورد توجـه قرار گرفتهاند. الکتروکاتالیستهای مورد استفاده در پیلهای سوختی باید دارای خصوصیات سطح ویژه بـالا جهـت دیـسپرز کـردن ذرات فلزی کاتالیزوری، هدایت الکتریکی بالا جهت ایجاد مسیرهای الکتریکی، تخلخلهای مزوپور برای نفوذ راحت مواد واکنـشگر
لیلا سمیعی، فاطمه گودرزوند چگینی
و سپس محصولات و در نهایت نیز توانایی جابجایی آب جهت خروج آب ایجاد شده در کاتد را داشته باشند .[5]
علیرغم وجود کلیه مزایای فوق در سیستمهای مزوپور، یکی از معضلات این سیستمها، هدایت الکتریکینسبتاً پایین آنهاست که این مشکل باعث افت راندمان الکتروشیمیایی پیل میشود 2] و 4 و .[5
لذا در جهت ارتقاء خواص الکتروشیمیایی الکتروکاتالیستهای مورد استفاده در پیل سوختی، در ایـن تحقیـق و بـرای اولـین بـار روش جدیدی جهت عاملدار کردن کربن مزوپور با استفاده از کربن نانوتیوب چند جداره1 پیشنهاد شـده اسـت. در ایـن روش بـا استفاده از عاملدار کردن کربن مزوپور توسط اکسید فلزات انتقالی (نیکل) و سپس رشد در جا2 کـربن نـانوتیوب چنـد جـداره بـر روی مواضع کاتالیستی اکسید نیکل، کامپوزیت کربن مزوپور- کربن نانو تیوب تولید و در ضمن ارتقاء راندمان پیل، سـطح ویـژه پایه کربن مزوپور نیز حفظ می گردد.
تنها تحقیق حاضر در کشورپایهدر زمینه عاملدار کردن های کربنی مربوط بـه پـژوهش آقـای دکتـر خیرمنـد و همکـارانش در اختراع ایرانی به شماره 64239 میباشد [6] که در آن پایههای کربنی با استفاده از ترکیبات منتهی به گـروههـای عـاملی ماننـد سولفونیک اسید،کربوکسیلیک اسید، هیدروکسیل و نظایر آنها عاملدار میشوند. از تفاوتهای پژوهش حاضـر بـا اختـراع مـذکور تفاوت در نوع پایه استفاده شده یعنی مزوپورهای کربنی میباشد که با برخورداری از تخلخل یکنواخت و حفـرات بزرگتـر سـطح ویژه بیشتری را در دسترس کاتالیست قرار داده و هدایت بهتر آب ایجادی در کاتد پیل سوختی را سبب می شود.
-2 فعالیتهای تجربی
-1-2 مواد اولیه
در پژوهش حاضر از تترا اتیل اورتو سیلیکات، ساکارز، کوپلیمری سه بلوکی صلذب بـا وزن مولکـولی 5800، قلدخحخئهصبلد و
نیکلوسین استفاده شدهاند که همگی از شرکت لاططط2ئA تهیه شدند. کلیه مواد اولیه دارای درجه ک2هط؟ ئهططصyئهغA میباشند.
در جدول (1) مشخصات مواد اولیه آورده شده است.
جدول -1 مشخصات مواد اولیه
نام ماده اولیه ساختار مولکولی CAS.NO
کوپلیمر بلوکی صلذب تلجقغبضت،جقببضتلجقغبض خسذذسصتتک
تترا اتیل ارتوسیلیکات خجزدلهقضطح خستذسن،
نیکلوسین لجزدزهضطش کسنلسذ،لذ
هگزاکلروپلاتینیک اسید 6 آبه قلدخ.خئهصبلد ،سصذس،کخنذ
-2-2 ساخت الکتروکاتالیست عاملدار شده با پلاتین
بهترین روش تهیه برای این مواد قالبگیری سخت میباشد. از مواد مزوساختار سیلیکایی بعنوان قالبگیر استفاده میشود و سـپس مواد کربنی بصورت عکس بردان معکوس از سیلیکا تهیه میشود.
ماده کربنی مزوپور صسلقه (مطابق با روش توضیح داده شده در مرجع [7] تهیه گردید) عاملدار شده توسط اکـسید نیکـل بـا استفاده از ماده سیلیکا مزوپور زذسBAح بعنوان قالبگیر و ساکارز بعنوان منبع کربنی سنتز شد.
سپس کربن مزوپور ساخته شده با استفاده از منبع نیکلوسین با مقدار 1 درصد وزنی اکسید نیکل عاملدار گردید. بـرای عامـلدار کردن، صسلقه با نیکلوسین و اتانول در دمای 80-70 درجه سانتیگراد حرارت داده میشود. پس از خشک شدن محلول فـوق، محصول بدست آمده در دمای 400 درجه سانتیگراد بمدت 5 ساعت حرارت داده میشود.
بر روی کربن مزوپور عاملدار شده با اکسید نیکل با استفاده از روش رسوب دهی به روش بخار1 و بر روی سایتهای نیکـلدار، کربن نانوتیوب نشانده شد. واکنش با استفاده از فلوی گاز متـان (بعنـوان منبـع کربنـی) بـا سـرعت غطعَطط250 در 900 درجـه سانتیگراد بمدت 30 دقیقه صورت میگیرد. سپس نمونههای کربنی عاملدار شده با اکسید نیکل با استفاده از %20 وزنی پلاتـین تلقیح شدند. این فرآیند تحت گاز نیتروژن، بمدت 6 ساعت و در دمای محیط انجام شد. سپس، بمنظور احیاء نـانو ذرات پلاتـین، پودرهای خشک شده در دمای 400 درجه سانتیگراد بمدت 2 ساعت در مخلوط گازی %10 لد و %90 لش حرارت داده شدند.
-3-2 ساخت مجموعه الکترود-غشاء (MEA2)
الکترودهای نفوذ گازی تهیه شده در این تحقیق از نوع الکترودهای سه لایه میباشند که شامل ورقه کربنـی هیـدروفوب شـده، لایه نفوذی گاز رسان و لایه کاتالیست میباشند. برای تهیه الکترودهای نفوذ گازی ابتدا باید لایه نفـوذ گـازی را آمـاده نمـود و سپس بر روی آن لایه کاتالیست را قرار داد. در تهیه لایه نفوذ گازی از ورقههای کربنی هیدروفوب شده خریداری شده از شرکت
عکلاطپطصطکئغ استفاده گردید. این ورقهها قبل از استفاده، برای اطمینان از تمیز بودن سطح آنها از هـر گونـه آلـودگی و چربـی باید آماده سازی گردندمعمولاً. مقدار تفلون و کربن به کار رفته در لایه نفوذ الکترودهای نفوذ گازی به ترتیب %30 و %70 وزنی میباشد. میزان بارگذاری لایه نفوذ در الکترودهای ساخته شده در این پژوهش 2 میلیگرم در سانتیمتر مربع مـیباشـد. در انتهـا آن نمونه به مدت 30 دقیقه در دمای 350 درجه سانتیگراد برای پخت تفلون در کوره قرار داده میشود.
سپس بر روی لایه نفوذ، لایه کاتالیست اعمال میگردد. میزان بارگذاری لایه کاتالیست نیـز 0/ 5 میلـی گـرم فلـز (پلاتـین یـا آلیاژهای پلاتین) در هر سانتی متر مربع میباشد. در نهایت نیز برای تهیه مجموعه الکترود-غشاء بترتیب زیر عمل میشود:
برای حذف ناخالصیها، غشاء پلیمری نفیون (،ذذسقشسهغ ,عکلاهپطصطکئغ) به ترتیب به مدت یـک سـاعت در محلـول %3
وزنی لقلد، یک ساعت در آب دی یونیزه، یک ساعت در محلول اسیدسولفوریک 0/5 مولار و در پایان دو مرتبـه (هـر بـار بـه مدت 30 دقیقه) در آب دی یونیزه جوشانیده میشود. غشاء فرآوری شده تا زمان استفاده در آب دی یـونیزه نگهـداری مـیشـود.
قبل از آغاز مراحل ساخت Aغق، غشاء از آب دی یونیزه خارج شده و در آون خلاء در دمای کمتـر از 70 درجـه سـانتیگراد بـه آرامی خشک میگردد تا چین و چروکهای ناپدید شده و غشاء به ابعاد اصلی خود باز گردد. سپس لایه کاتالیستهای تهیه شده در دو طرف غشاء نفیون قرار داده شده و برای مدت 5 دقیقه در دمای ه125 و فشار طکژ1000 تحت فرآیند پـرس گـرم قـرار میگیرند .[8]
جخبهض غپطصطکپژکخ طپژهب ئهططعکلاه ذ yئتعکککA ک2پطصطکئغسکغهطتعکق ل
شماره ی 1 تابستان 67 1391
لیلا سمیعی، فاطمه گودرزوند چگینی
-4-2 روش تعیین مشخصات نمونهها
آنالیز پراش اشعه ایکس در یک بازه زاویهای پهن جخلگAحض برای شناسایی ساختارهای کریستالی و در یک محدوده زاویهای کوچک جخلگAحض برای تشخیص نظم برد کوتاه با استفاده از دیفراکتـومتر هل أه أفه؟طل (عغ خزذحت چ ف) انجـام شـد.
اندازه بلورکهای پلاتین نیز با استفاده از اعمال رابطه شرر بر پیک (111) محاسبه شدند .[9]
ایزوترمهای جذب-واجذب در دمای ه-196° و با استفاده از دستگاه ذ تطپکپصأA کعپطلاطهصغهأذ تهیه گردیدند. قابل ذکـر است قبل از آنالیز جذب، کلیه نمونهها بمدت 12 ساعت در دمای ه250 و در خلاء گاز زدایی شدند. سپس سطح ویژه نمونههـا نیز با استفاده از روش جطکئئک–1صصکععغ–طکأهغأطBض 1غB محاسبه گریدند. همچنین توزیع اندازه تخلخل نیز بـا اسـتفاده از شاخه جذب ایزوترمها و با استفاده از روش ج2غکئهد–طکغyپپ–صصکططهBض دپB بدست آمد. بـرای بررسـی مورفولـوژی سـطح الکتروکاتالیستهای سنتزی، میکروسکوپ الکترونی روبشی تتنخسح طلاطهصطد به کار برده شد. آماده سازی نمونهها جهت آنالیز
قغ1 توسط سونیکیشن و بمدت 5-2 دقیقه در اتانول و سپس رسوب بر روی 2طط؟ مسی صورت گرفـت. مـدل دسـتگاه مـورد استفاده از نوع لگغتتتلسقغپ عقغپ و بل 200 میباشد.
برای تعیین عملکرد و ارزیابی الکترودهای ساخته شده، از تک سل واحد پیل سوختی مرکز مهندسی اصـفهان بـا سـطح الکتـرود
لعط5، با مجرای جریان مارپیچی شکل، همراه با صفحات گرمکن در دو طرف و مجهز به صفحات مسی آب کاری شده با طلا استفاده گردید. این تک سل، در دستگاه تست پیل سوختی (ساخت مرکز مهندسی اصفهان) مورد آزمایش قرار گرفت.
در این آزمایش از سیلندرهای فشرده گازهای هیدروژن (%99/99) در آند و اکـسیژن (%99/99) در کاتـد بـه ترتیـب بـه عنـوان سوخت و اکسید کننده استفاده شد. از رسم منحنی ولتاژ برحسب دانسیته جریـان (منحنـی پلاریزاسـیون)، عملکـرد Aغقهـای ساخته شده در دمای عملیاتی 70 درجه سانتیگراد و فشار 3 اتمسفر بررسی گردید.
نمونههای تهیه شده بترتیب با علائم اختصاری صبغسغهطئأب و صبغسگسپککق کدگذاری شدند که در اینجا غ نمـاینگر درصـد پلاتین بکار رفته و گ نشان دهنده جزء عاملدار کننده است.
-3 نتایج و بحث
-1-3 بررسیهای ساختاری
در شکل (1) الگوی خلگAح نمونههای کربنی با زیر پایههای مختلف بارگـذاری شـده بـا 20 درصـد وزنـی پلاتـین مـشاهده میشود. همانطور که در بخش قبلی نیز اشاره شد، پیک (100) در تمامی نمونهها در حوالی زاویه 1 دیده میشـود. ایـن پیـکهـا مربوط به الگوی کربن مزوپور با ساختار هگزاگونالی میباشد .[5-4]
آثار ضعیفی از پراش دیگر صفحات این الگو (200) در نمونـه صبتلسقطشذسصلقه مـشاهده مـیشـود، در حالیکـه در نمونـه
صبتلس1شهسصلقه تنها آثار ضعیفی از الگوی (100) در نمونه دیده میشود. شیفت جزئی پیک (100) به زوایای بالاتر در اثـر کرنش شبکهای در اثر عاملدار شدن، نشان از بی نظم شدن مزو ساختار ایجادی دارد. از آنجایی که شدت و وضوح پیـکهـا در نمونهها به درجه نظم تخلخل های آرایش یافته در ساختار وابسته میباشـد و از اخـتلاف دانـسیتهی الکتـرون بـین دیـوارههـا و
86 شماره ی 1 تابستان 1391
علم و مهندسی سرامیک
تخلخلها در ساختار ناشی میشود، کاهش شدت پیک در اثر رشد نانو لولهها در درون دیوارههـا و از دسـت رفـتن نظـم رخ داده
است. در شکلهای (2) نیز تصاویر قغح نمونهها نشان داده شده است.
شکل -1 خلگAح نمونههای کربنی با زیر پایههای مختلف بارگذاری شده با 20 درصد وزنی پلاتین
ه ت
ط 2
ک س
شکل -2 تصاویر قغح الکتروکاتالیستهای سنتز شده، (ه) زذسBAح، (ت) صسلقه، (ط) صبتلسصلقه، (2) سقطشسصلقه
صبتل، (ک) صبتلسک1شهسصلقه و (س) صبتلسغهطئأب
شماره ی 1 تابستان 69 1391
لیلا سمیعی، فاطمه گودرزوند چگینی
در شکل (س(2 ذرات کربنی آگلومره شده با مورفولوژی کروی همراه با تخلخلهای بزرگ مابین آگلومرهها مشاهده مـی شـود. در مقابل در نمونههای مزوپور (شکلهای ه2 تا ک(2 مورفولـوژی میلـهای [12-10] در کلیـه نمونـههـا دیـده مـیشـود. ایـن نـوع مورفولوژی از شکل قالبگیر اولیه زذسBAح بکار رفته ناشی می شود. در تصاویر قغح نیز بخوبی میزان افت نظـم سـاختاری در اثر عاملدار شدن توسط اکسید نیکل و سپس کامپوزیت شدن با کربن نانوتیوب مشاهده میشود. این تصاویر نیـز بخـوبی نتـایج
خلگAح و نتایج جذب بعدی بدست آمده را تایید میکنند.
اشتراک‌گذاری:
-
Click to share on Facebook (در پنجر تازه باز میشود)
-
برای به اشتراک گذاشتن روی لینکداین کلیک کنید (در پنجر تازه باز میشود)
-
Click to share on Telegram (در پنجر تازه باز میشود)
-
کلیک کنید تا روی گوگل+ به اشتراک گذاشته شود (در پنجر تازه باز میشود)
