مدلسازي تخريب غشاهاي تبادل پروتون در پيل هاي سوختي الكتروليت پليمر جامد

كارشناسي ارشد

غشاي تبادل پروتون يكي از كليدي‌ترين اجزاي پيل سوختي الكتروليت پليمري است. تخريب غشاي تبادل پروتون ناشي از تنش‌هاي مكانيكي، حرارتي و حمله شيميايي راديكال‌هاي حاصل از هيدروژن‌پراكسيد تشكيل‌شده در حين واكنش‌هاي الكتروشيميايي، مهم‌ترين مانع در مسير توسعه‌ي آن محسوب مي‌شود كه از اين ميان تخريب شيميايي عمده‌ترين نقش را در كاهش طول عمر غشا دارد. از اين‌رو در اين پژوهش به بررسي و مدلسازي تخريب شيميايي غشاهاي تبادل پروتون طي آزمون تسريع يافته‌ي برون محلي فنتون پرداخته شده‌است. اين مدلسازي بر روي غشاهاي پرفلورينه (نفيان) و هيدروكربني (پلي‌بنزيميدازول) انجام شده‌است. مدل با استفاده از انتقال جرم و سينتيك واكنش‌هاي تخريب بيان‌شده در مقالات، توسعه داده شد. حل مدل به‌صورت عددي با روش المان محدود با بهره‌گيري از نرم‌افزار كامسول صورت گرفت. مدلسازي تخريب غشا پرفلورينه (نفيان) با دو فرض متفاوت وجود و عدم وجود گروه‌هاي كربوكسيليك در ساختار نفيان، انجام‌شد. نتايج محاسباتي در مدل دو بعدي با اطلاعات آزمايشگاهي منتشر شده در مقالات مقايسه‌گرديد و ضريب تعيين كاهش وزن غشاي نفيان در اثر تخريب‌شيميايي با فرض وجود و عدم وجود گروه‌هاي كربوكسيليك به ترتيب 0.981 و 0.979 بدست‌آمد. ضريب تعيين مدلسازي سه بعدي غشاي پرفلورينه نفيان با فرض حضور گروه‌هاي كربوكسيليك در ساختار اوليه‌ي غشا، در خصوص كاهش وزن 0.958 و در رابطه با رهايش فلوئوريد هيدروژن كه اندازه‌گيري غلظت آن معياري از تخريب غشا است، به ميزان 0.995 مي‌باشد. مدلسازي تخريب غشاي هيدروكربني پلي‌بنزيميدازول با استفاده از انتقال جرم و سينتيك تخريب غشا بدست آمده از برازش اطلاعات آزمايشگاهي منتشر شده، انجام شد. حل عددي مدل نيز با روش المان محدود با استفاده از نرم‌افزار كامسول صورت گرفت. ثابت سرعت واكنش با فرض تخريب كامل غشاي هيدروكربني پلي‌بنزيميدازول و تبديل آن به دي‌اكسيدكربن بعنوان محصول نهايي، بدست‌آمد. نتايج بدست آمده، نشان‌دهنده‌ي توانايي مدل ارائه ‌شده در پيش‌بيني فرآيند تخريب غشاي تبادل پروتون مي‌باشد. واژه‌هاي كليدي: پيل سوختي غشا تبادل ‌پروتون، تخريب غشا، آزمون فنتون، غشاي نفيان، غشاي پلي‌بنزيميدازول.

190448

دانشگاه علم و صنعت ايران

فرآيندهاي جداسازي

دكتر سوسن روشن ضمير