مطالعه ي عملكرد نانو كاتاليست هاي پلاتيني و غير پلاتيني در كاتد پيل سوختي بوروهيدريد مستقيم

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

چكيده انواع پيل‌هاي سوختي كه در دماي پايين مورد استفاده قرار مي‌گيرند، به عنوان منابع توليد نيرو براي جايگزين شدن با منابع هيدروكربني (خصوصاً براي استفاده در وسايل نقليه و همچنين موارد غير متحرك) مورد توجه قرار گرفته‌اند. پيل‌هاي سوختي هيدروژني يكي از اين جايگزين‌ها است. عليرغم كارايي مناسب اين پيل‌ها، محدوديت‌هاي عمده‌اي در ذخيره‌سازي و انتقال هيدروژن وجود دارد و همچنين هزينه‌ي توليد پيل‌هاي سوختي هيدروژني بسيار زياد است. سوخت‌هاي زيادي از جمله متانل، اتانل، پروپانل، اسيد فرميك و... به جاي هيدروژن مورد استفاده قرار گرفتهاند. اين سوخت‌هاي آلي عموماً داراي فعاليت كم هستند، سمي‌اند و بازده اكسيداسيون آن‌ها كم است. سديم بوروهيدريد، به طور ذاتي داراي دانسيته‌ي انرژي بالايي مي‌باشد، به دليل مايع بودن، راحت ذخيره مي‌شود، از لحاظ شيميايي، پايدار و غير قابل اشتعال است و نهايتاً طي واكنش، محصول آلوده كننده‌اي مثل CO2 را توليد نمي‌كند. بنابراين پيل سوختي بوروهيدريد مستقيم مي‌تواند گزينه‌ي خوبي براي تحقيق در بين پيل‌هاي سوختي باشد. در سال‌هاي اخير تحقيقات گسترده‌اي براي بهبود نانوكاتاليست‌هاي پيل سوختي بوروهيدريد، چه در قسمت آند و چه در قسمت كاتد صورت گرفته است. در اين پروژه، نانوكاتاليست كاتدي با نانو ذرات غير پلاتيني ارزان، در پيل سوختي بوروهيدريد مستقيم استفاده شد و عملكرد آن با نانوكاتاليست 10%Pt/C تجاري، مقايسه گرديد. اثرات غلظت بوروهيدريد روي كارايي، با اين دو نانو كاتاليست كاتدي بررسي و سوخت بهينه معرفي شد كه اين سوخت بهينه عبارت بود از 5 درصد سديم بوروهيدريد و 10 درصد هيدروكسيد پتاسيم. ماكزيمم دانسيته‌ي توان با استفاده از اين سوخت در پيل سوختي بوروهيدريد مستقيم با نانوكاتاليست كاتدي اكتا و نانوكاتاليست پلاتيني به ترتيب mW/cm2138 و mW/cm250 به دست آمد. سپس براي بررسي علت عملكرد اين دو كاتاليست كاتدي، خواص فيزيكي و همچنين مورفولوژي نانو ذرات آن از روش‌هاي ارزيابي پلاريزاسيون، ولتامتري چرخه‌اي، امپدانس الكتروشيميايي (EIS)، ميكروسكوپ الكتروني (SEM) و پخش اشعه‌ي ايكس (XRD) استفاده شد. نتايج پخش اشعه‌ي ايكس، نوع و اندازه‌ي ذرات را دو نانو كاتاليست غير پلاتيني مشخص كرد كه ميانگين اين ذرات كمتر از 20 نانومتر تخمين زده ‌شد. پس از ارزيابي پلاريزاسيون و تأثير آن بر كارايي پيل، به وسيله‌ي آزمايش ولتامتري چرخه‌اي جريان‌هاي ناشي از اكسايش بوروهيدريد در حضور اين دو نانوكاتاليست كاتدي اندازه‌گيري شد. جريان توليد شده با نانوكاناليست غير پلاتيني كمتر از A/cm2 2/0بود در صورتي كه اين جريان در حضور نانوكاتاليست پلاتيني A/cm25/1 بدست آمد كه دليل آن را مي‌توان به ميزان حساسيت قابل ملاحظه‌ي نانوكاتاليست غير پلاتيني در مقابل ميان‌عبور بوروهيدريد ربط داد. آزمايش اسپكتروسكوپي امپدانس الكتروشيميايي براي بررسي مقاومت‌ها در مناطق مختلف پلاريزاسيون به كار گرفته شد. كلمات كليدي: پيل سوختي بوروهيدريد مستقيم، نانوكاتاليست (HypermecTMK14)، نانوكاتاليست (10%Pt/C).

170975

شيمي فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان

سعيد اميراصلان زاده

كاظم كرمي، يوسف غايب

محمد ژياني

دارد