بررسي نقش اجزاي لايه كاتاليست در تشكيل ريز ساختار و عملكرد الكترود نفوذي گازي در پيل سوختي پليمري

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

به دليل سينتيك كند واكنش احياء الكتروشيميايي اكسيژن در پيل‌هاي سوختي و وابستگي آن به ريز ساختار، نوع و اندازه ذرات تشكيل دهنده لايه كاتاليست و بهينه سازي اين لايه مهم از پارامترهاي موثر بر عملكرد پيل سوختي پليمري مي‌باشد. لايه كاتاليست از نانو ذرات پلاتين بر روي بستر كربني و نانو ذرات نفيون تشكيل شده است. اكسيژن با عبور از فضاهاي خالي لايه كاتاليست به سطح پلاتين مي‌رسد و واكنش احياء صورت مي‌گيرد. بنابراين بهينه سازي حجم فضاي خالي كه از ميكرو و نانو حفرات فراواني تشكيل شده است، در بهبود عملكرد پيل سوختي نقش بسزايي دارد. همچنين اثر بستر الكترود در ايجاد فضاي مناسب براي انجام واكنش الكتروشيميايي در الكترود مهم مي‌باشد. در اين پروژه با مقايسه دو بستر الكترود بالارد(Ballard) و توري(TGP) مشاهده شد با افزايش رطوبت الكترود از 30% به 100%، بستر بالارد عملكرد بهتري نشان مي‌دهد زيرا قطر حفرات بالارد به دليل چگالي توده كم، بزرگتر است و در رطوبت بالا انتقال گازها در آن بهتر صورت مي‌گيرد . در اين پروژه همچنين اثر مقدار نانو‌ذرات پلاتين، نفيون وكربن در لايه كاتاليست بر عملكرد پيل سوختي مورد بررسي قرار گرفت . با تغيير مقدار بارگذاري نانو‌ذرات پلاتين، نفيون و يا كربن حجم فضاي خالي لايه كاتاليست در الكترود محاسبه و اثر آن بر عملكرد الكترود در پيل سوختي مورد بررسي قرار گرفت. ساختار كريستالي و سايز نانوذرات پلاتين 30% توسط تكنيك پراش پرتو ايكس(XRD) مورد بررسي قرار گرفت. ريز ساختار لايه كاتاليست نيز توسط تكنيك ميكروسكوپ الكتروني روبشي(SEM ) مطالعه شد. با استفاده از معادلات مربوطه حجم فضاي خالي لايه كاتاليست محاسبه شد. با استفاده از تكنيك SEM ضخامت لايه كاتاليست ساخته شده بين 15-17 ميكرومتر بدست آمد. با توجه به تكنيك XRD ساختار كريستالي كاتاليست( fcc)تعيين شد و سايز ذرات پلاتين 6/3 نانومتر بدست آمد. با افزايش درصد نفيون از 25% به 31%، حجم فضاي خالي لايه كاتاليست از 8/26% به 1/19%كاهش يافت. با تغيير مقدار بارگذاري پلاتين از 48/0 به 85/0(mg.cm-2) حجم فضاي خالي لايه كاتاليست تغيير نكرد(8/26%). نتايج نشان داد نفيون عامل اصلي در تعيين حجم فضاي خالي لايه كاتاليست مي‌باشد. به دليل چگالي بالاي پلاتين در بارگذاري‌هاي مختلف آن حجم فضاي خالي لايه كاتاليست تغيير قابل توجهي نمي‌كند. كلمات كليدي: پيل سوختي پليمري، لايه كاتاليست، ساختار، تخلخل لايه كاتاليست، درصد نفيون

217933

شيمي فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان