با توجه به نیاز روزافزون بشر به انرژیهای پاک و تجدیدپذیر و افزایش کاربرد این نوع منابع انرژی ، در این تحقیق بر این شدیم تا در راستای این امر به ساخت مجموعه الکترود غشاء که جزء اصلی پیلهای سوختی میباشد بپردازیم. جهت بهینه سازی عملیات ساخت و بازدهی پیل تحقیقات گسترده ای در رابطه با روش نشاندن جوهر کاتالیست,حلال مورد استفاده,نحوه چینش اجزاء و غیره انجام شده است. در این تحقیق علاوه بر مطالعه بر روی نحوه ی نشاندن جوهر کاتالیست روی غشاء ، میزان بارگذاری پلاتین بر روی لایه کاتالیست نیز تغییر داده میشود.نشاندن جوهر کاتالیست پلاتین و پلاتین/روتینوم با استفاده از روش پاشش مستقیم یا اسپری به صورت دستی انجام میپذیرد. پس از طی مراحل ساخت از تکنیک دستگاهی منحنی پلاریزاسیون (تغییر جریان بر حسب پتانسیل) جهت حصول اطمینان از عملکرد و بازدهی صحیح مجموعه الکترود-غشاء استفاده میگردد.بارگذاری پلاتین در این تحقیق به میزان 2 و 1 و 0.5 میلی گرم بر سانتیمتر مربع است

پیل سوختی نوعی پیل الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی حاصل از واکنش را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. گرچه شیوه تجمع و اتصال اجزای یک پیل و تکنیک قرار دادن اجزا در کنار هم در کارایی پیل سوختی موثر است، ولی آنچه که از اهمیت ویژه ای در کارایی این مجموعه برخوردار است، ساختار الکترود است که سطح مشترک آن و غشاء نقش مهمی در کارایی یک پیل سوختی دارد. در این پژوهش از روش های ولتامتری چرخه ای، ولتامتری روبش خطی و کرونوآمپرومتری استفاده شد تا میزان بارگذاری پلاتین و محتوای نفیون در لایه کاتالیست کاتدی پیل سوختی و میزان غلظت آب اکسیژنه و سرعت چرخش الکترود در حین آزمایش های الکتروشیمیایی الکترود نفوذی گازی مشخص و بهینه شود.در قسمتی از کار نیز عملکرد دو نوع کاتالیست پلاتین با بستر کربنی 2? درصد با پلاتین با بستر کربنی 4? درصد با روش های ذکر شده، مقایسه شد. نتایج حاصل از هر روش تائیدی بر روش دیگر شد که بیان می داشت مقدار بارگذاری mg.?cm?^(-2) 2/? و محتوای نفیون 3? درصد وزنی کاتالیست در جوهر کاتالیست بالاترین دانسیته جریان را به خود اختصاص می دهند. و برای انجام تست های الکتروشیمیایی مقدار غلظت ?3/? مول بر لیتر از آب اکسیژنه به همراه سرعت 18?? دور بر دقیقه چرخش الکترود (بالاترین سرعت موجود الکترود) باعث می شود که به بهترین نتایج و بالاترین جریان ها برسیم. بین دو کاتالیست ذکر شده نیز بر خلاف انتظار کاتالیست پلاتین با بستر کربنی 2? درصد نسبت به پلاتین با بستر کربنی 4? درصد عملکرد بهتری را نشان داد.

در این طرح پیش ماده هیدروکسید لایه ای فاز آلفای نیترات روی از ماده اولیه نیترات روی آب دار با استفاده از روش هم رسوبی سنتز شد. آنیون های سوکسینات و سالیسیلات به صورت ناکامل با آنیون های نیترات بین لایه های پیش ماده جایگزین شدند و نانوهیبریدهای آلی-معدنی روی تولید شد. با انجام عملیات حرارتی نانوهیبریدهای حاصل تحت اتمسفر خنثی مواد کربنی دوپ شده با نیتروژن به همراه اکسید روی حاصل از تجزیه حرارتی لایه های هیدروکسیدی تشکیل شد که برای خالص سازی مواد کربنی از اسید شویی بهره گرفته شد و مواد کربنی دوپ شده با نیتروژن، با درصد متفاوت نیتروژن تهیه شد. ماده کربنی سنتز شده نیز لایه ای بوده و دارای مقادیر بسیار زیادی از حفره ها بوده و از تخلخل بالایی برخوردار است. صفحات کربنی حاصل از عملیات حرارتی نانوهیبریدهای آلی-معدنی با ضخامتی کمتر از 100 نانومتر تولید شدند، به همین دلیل است که می توان این روش را جزئی از نانوفناوری دانست. همان طور که انتظار می رفت کربن سنتز شده حاوی نیتروژن یکنواخت پخش شده در سطح لایه ها بوده، که باعث تسهیل واکنش احیای اکسیژن در الکترود کاتد پیل سوختی پلیمری، انتقال بار بهتر و انجام سریع تر مجموعه این فرایندها می شود. این روش به خاطر ارزان بودن مواد اولیه و سادگی فرایند ساخت موجب کاهش قیمت پیل و حذف پلاتین از سیستم الکترود شده است. با توجه به تست های الکتروشیمیایی انجام شده، الکترودهای تهیه شده الکترواکتیو بوده و همچنین عاری از عناصر گرانبها است. مقدار ocp برای الکترودها در رنج 0/87 تا 1/04 ولت بوده و بیشتر از نمونه ی pt/c با مقدار ocp، mv/dec 0/86 می باشد. ضریب نفوذ به دست آمده از معادله کاترل و تست کرونوآمپرومتری برای الکترودهای تهیه شده مضربی از 7-10 و 8-10 می باشد. دانسیته جریان تبادلی به دست آمده از معادله تافل و تست ولتامتری خطی برای تمامی الکترودها مضربی از 5-10 می باشد که تقریبا با دانسیته جریان تبادلی پلاتین برابری می کند (رنج دانسیته جریان تبادلی پلاتین مضربی از 5-10 یا 6-10 و برای pt/c a/cm2 5-10×4 است) و همچنین شیب تافلی به دست آمده برای الکترودها در محدوده ی 5/mv/dec 14 تا mv/dec 44/2 است که کمتر از شیب تافلی الکترودهای حاوی پلاتین است (شیب تافلی برای الکترود pt/c مقدار mv/dec 88/4 است).

ما در این پژوهش به منظور شناسایی گاز سمی کربن منواکسید اقدام به ساخت حسگرهای الکتروشیمیایی این گاز نموده ایم. به منظور ساخت الکترودهای کربنی این حسگرها از روش های موجود در منابع مانند ساخت خمیر کربنی و لایه نشانی با استفاده از روش کندوپاش استفاده گردید علاوه بر روش های ذکر شده در این پژوهش روشی جدید مبتنی بر لایه نشانی الکتروفورتیکی ذرات کربن پلاتینیزه برای ساخت الکترود کربنی شرح داده شد. همچنین به منظور ثبت خروجی حسگرها دستگاه قرائت با قابلیت اتصال به رایانه ساخته و به منظور بررسی عملکرد حسگر در غلظت ها متفاوت از گاز co دستگاه قرار گیری دینامیک حسگر در معرض گاز co ساخته شد. علاوه بر بخش تجربی این پایان نامه، مدل نرمودینامیکی ارائه گردید که در آن اکتیویته ی کاتالیست های فلزی را به اندازه ی آن وابسته می نماید.