مطالعه تركيب نانو ساختار لايه كاتاليست كاتد بر عملكرد پيل سوختي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

چكيده افزايش دانسيته توان مجموعه الكترود- غشاء (MEA) يكي از اساسي‌ترين گامها در جهت تجاري شدن فناوري پيل‌هاي‌سوختي پليمري مي باشد. مجموعه الكترود- غشاء شامل غشاء و الكترود¬هاي نفوذي گازي آند و كاتد مي¬باشد كه به صورت يك مجموعه در كنار هم قرار مي¬گيرند و تشكيل مجموعه الكترود- غشاء مي¬دهند. الكترود نفوذي گازي از بستر كربني، لايه نفوذ و لايه كاتاليست تشكيل شده است. لايه كاتاليست خود از نانو ذرات پلاتين و يونومر¬هاي نفيون تشكيل شده كه به صورت فيلم با ضخامت چند نانومتر در كنار ذرات كاتاليست قرار مي¬گيرد. كنترل ميزان يونومر نفيون در ريز ساختار لايه كاتاليست و عملكرد مجموعه الكترود- غشاء نقش تعيين كننده‌اي دارد. از اينرو در اين پروژه تحقيقاتي به منظور دستيابي به مقدار بهينه يونومر نفيون در تركيب لايه كاتاليست، الكترود‌هاي كاتد با درصد‌هاي وزني مختلف نفيون (35%-27%) و ميزان بارگذاري يكسان از نانو ذرات پلاتين روي بستر پارچه كربني (E-TEK) حاوي لايه نفوذ ساخته شد. كاتد¬هاي ساخته شده در پيل¬سوختي پليمري در شرايط مختلف عملياتي شامل دما‌هاي متفاوت پپل، آند وكاتد همچنين در فشار‌هاي متفاوت گاز‌هاي واكنشگر اكسيژن و هيدروژن توسط دستگاه تست پيل سوختي مورد ارزيابي قرار گرفتند. عملكرد اين الكترود¬ها توسط منحني¬هاي پلاريزاسيون بررسي گرديد. ميكروسكوپ الكتروني روبشي نيز براي مطالعه مورفولوژي ريز ساختار لايه كاتاليست استفاده شد. نتايج نشان مي¬دهد كه تغيير ميزان يونومر نفيون در لايه كاتاليست سبب تغيير در ريز ساختار آن مي‌شود بطوريكه با افزايش درصد نفيون ميكرو حفرات كوچكتر شده و تخلخل كمتري در لايه كاتاليست ملاحظه مي‌گردد همچنين نتايج منحني‌هاي پلاريزاسيون نشان مي‌دهدكه الكترود داراي 32% نفيون در لايه كاتاليست كاتد، داراي بالاترين عملكرد است. اين امر مي¬تواند به افزايش نواحي سه فازي ارتباط داشته باشد در مقادير كم نفيون يونومر مبادله كننده پروتون در اختيار برخي از كاتاليست‌ها قرار نمي¬گيرد و تعدادي از محل¬هاي فعال كاتاليست نتوانند در واكنش احيا اكسيژن شركت كنند در مقادير بالاي نفيون نيز ضخامت فيلم نفيوني تشكيل شده بر روي ذرات كاتاليست و بستر افزايش يافته و موجب كاهش عملكرد پيل به علت بسته شدن محل هاي كاتاليست مي‌شود. كلمات كليدي: پيل‌سوختي پليمري- مجموعه الكترود- غشاء- نانو ساختار لايه‌ي كاتاليست

217930

شيمي فيزيك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان