در رساله حاضر ، نخست الکتروکاتالیست های پلاتین روی مخلوط ولکان و پلی آنیلین دوپه شده با تری فلورومتان سولفونیک اسید احیاء شده است، سپس با استفاده از تکنیک ولتامتری چرخه ای مساحت سطح فعال الکتروشیمیایی الکتروکاتالیست ها اندازه گیری شده است. همچنین از تکنیک پراش اشعه ایکس برای اندازه گیری مساحت سطح هندسی الکتروکاتالیست ها (از روی متوسط اندازه نانوذرات) و نیز برای اطمینان از تشکیل پلاتین فلزی بر روی بستر ولکان استفاده شده است. علاوه بر این از تکنیک های ولتامتری با روبش خطی پتانسیل، کرنو آمپرومتری و طیف سنجی امپدانس برای ارزیابی الکتروکاتالیست سنتز شده در محیط متانولی نیز مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین از تکنیک icp برای اندازه گیری درصد پلاتینه شدن استفاده شده است. نتایج الکتروشیمیایی نشان می دهد که الکترودهای ساخته شده با الکتروکاتالیست سنتز شده بر بستر پلی آنیلین و ولکان در مقایسه با pt/c استاندارد ومخلوط pt/c استاندارد با پلی آنیلین کارایی بهتری را دارند. همچنین از تکنیک میکروسکوپ الکترونی برای بررسی مورفولوژی سطح الکترودها استفاده شده است. در قسمت دوم بررسی اثر ضخامت پلی آنیلین دوپه شده بر بستر ورقه کربنی مورد مطالعه قرار گرفته است و سپس به روش الکتروشیمیایی پلاتین بر روی پلی آنیلین احیاء شده است. و از تمام تکنیکهای کار اول در این کار هم استفاده شده است و نتایج نشان می دهد که با افزایش ضخامت پلی آنیلین کارآئی الکترودها افزایش پیدا می کند و همچنین انرژی اکتیواسیون اکسایش متانول بر روی الکترود حاوی ضخامت بالای پلی آنیلین کمتر می شود .

در این پژوهش پوشش الکترولسni-p در شرایط حاوی جزء پایدارکننده و عاری از آن بر روی زیرلایه آلومینیومی پوشش داده شد. ضخامت نمونه ها ی حاوی پارارکننده بعد از 2 ، 4 و 6 ساعت پوشش دهی به ترتیب 20 ، 35 و 43 میکرون و ضخامت نمونه های عاری از پایدارکننده بعد از 2 ، 4 و 6 ساعت پوشش دهی به ترتیب 24 ، 39 و 48میکرون بود. پایدارکننده ها با جذب بر سطح نمونه ها سرعت پوشش دهی را کنترل کرده و آن را کاهش می دهند. همچنین به طورکلی نرخ رسوب دهی به دلیل پوشش دهی در 4 ph= نسبت به حمام های با ph بالا، کم تر بود. آزمون پراش اشعه ایکس نشان داد که در تمام نمونه ها ساختار پوشش نیمه آمورف بوده و ترکیبی از فاز آمورف و فاز کریستالی شامل صفحه (111) نیکل بود. نتایج آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی خوردگی نشان داد که بعد از 12 ساعت غوطه وری نمونه ها در محلول شبیه سازی پیل سوختی مقدار rct در نمونه های با ضخامت پوشش 20 ، 35 و 43 میکرون به ترتیب 5/13 ، 5/16 و k?.cm2 17 و در نمونه های با ضخامت 24 ، 39 و 48 میکرون به ترتیب 28 ، 34 و k?.cm2 42 بود که نشان می داد حذف پادارکننده ها منجر به بهبود مقاومت به خوردگی شده است. همچنین آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی بر روی نمونه های با ضخامت 35 و 39 میکرون بعد از 80 روز غوطه وری در محلول شبیه سازی انجام شد که نشان داد اولا محلول نتوانست به زیر لایه دسترسی یابد، ثانیا مقدار پاسیواسیون در نمونه های حاوی پایدارکننده بیشتر است. نتایج آزمون پلاریزاسیون تافل نشان داد نرخ خوردگی در پوشش های حاوی پایدارکننده در ضخامت های 20 ، 35 و 43 میکرون به ترتیب 8 ، 5 و a/cm2 µ 4 و در نمونه های عاری از پایدارکننده در ضخامت های 24 ، 39 و 48 میکرون به ترتیب 9/0 ، 6/0 و a/cm2 µ 5/ 0 بود که کاهش تقریبا 10 برابری را نشان می داد. مقدار پتانسیل خوردگی در نمونه های حاوی پایدارکننده در ضخامت های 20 ، 35 و 43 میکرون به ترتیب 268- ، 259- وmv 228- و در نمونه های عاری از پایدارکننده در ضخامت های 24 ، 39 و 48 میکرون به ترتیب 360- ، 305- وmv 305- بود که نشان می داد پتانسیل خوردگی به دلیل رسوب ناخالصی های حمام عاری از پایدارکننده فعال تر شده بود. نتایج آزمون پتانسیواستاتیک نشان داد که در شرایط کاتدی دانسیته جریان در پوشش های حاوی پایدارکننده تقریبا m a/cm2 10 و در پوشش های عاری از پایدارکننده تقریبا m a/cm21 بود. همچنین در شرایط آندی مقدار دانسیته جریان در پوشش حاوی پایدارکننده و عاری از پایدارکننده تقریبا یکسان بوده و a/cm2 µ 100 بود. نتایج آنالیز توسط wdx نشان داد که مقدار فسفر پوشش حاوی پایدارکننده 11-9 درصد وزنی و مقدار گوگرد آن 5/0-2/0 درصد وزنی بود. همچنین مقدار فسفر پوشش عاری از پایدارکننده 12-9 درصد وزنی و فاقد گوگرد بود. همچنین با افزایش ضخامت درصد فسفر پوشش ها افزایش یافته بود. پایدارکننده ها حاوی مقادیر زیادی گوگرد هستند و در طی فرآیند پوشش دهی جذب سطح فلز می شوند. دلیل افزایش نرخ خوردگی را می توان به وجود گوگرد در سطح پوشش ها نسبت داد. نتایج آزمون مقاومت الکتریکی تماسی نشان داد که قبل از آزمون خوردگی پتانسیواستاتیک مقدار مقاومت الکتریکی تماسی در تمام نمونه ها m?.cm230 بود. اما بعد از آزمون خوردگی مقاومت الکتریکی تماسی افزایش یافت، به طوریکه مقدار آن در پوشش های حاوی پایدارکننده تقریبا به m?.cm2 160 و در پوشش های عاری از پایدارکننده تقریبا به m?.cm2 70 رسید.

در این پژوهش پوشش الکترولسni-p در شرایط حاوی جزء پایدارکننده و عاری از آن بر روی زیرلایه آلومینیومی پوشش داده شد. ضخامت نمونه ها ی حاوی پارارکننده بعد از 2 ، 4 و 6 ساعت پوشش دهی به ترتیب 20 ، 35 و 43 میکرون و ضخامت نمونه های عاری از پایدارکننده بعد از 2 ، 4 و 6 ساعت پوشش دهی به ترتیب 24 ، 39 و 48میکرون بود. پایدارکننده ها با جذب بر سطح نمونه ها سرعت پوشش دهی را کنترل کرده و آن را کاهش می دهند. همچنین به طورکلی نرخ رسوب دهی به دلیل پوشش دهی در 4 ph= نسبت به حمام های با ph بالا، کم تر بود. آزمون پراش اشعه ایکس نشان داد که در تمام نمونه ها ساختار پوشش نیمه آمورف بوده و ترکیبی از فاز آمورف و فاز کریستالی شامل صفحه (111) نیکل بود. نتایج آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی خوردگی نشان داد که بعد از 12 ساعت غوطه وری نمونه ها در محلول شبیه سازی پیل سوختی مقدار rct در نمونه های با ضخامت پوشش 20 ، 35 و 43 میکرون به ترتیب 5/13 ، 5/16 و k?.cm2 17 و در نمونه های با ضخامت 24 ، 39 و 48 میکرون به ترتیب 28 ، 34 و k?.cm2 42 بود که نشان می داد حذف پادارکننده ها منجر به بهبود مقاومت به خوردگی شده است. همچنین آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی بر روی نمونه های با ضخامت 35 و 39 میکرون بعد از 80 روز غوطه وری در محلول شبیه سازی انجام شد که نشان داد اولا محلول نتوانست به زیر لایه دسترسی یابد، ثانیا مقدار پاسیواسیون در نمونه های حاوی پایدارکننده بیشتر است. نتایج آزمون پلاریزاسیون تافل نشان داد نرخ خوردگی در پوشش های حاوی پایدارکننده در ضخامت های 20 ، 35 و 43 میکرون به ترتیب 8 ، 5 و a/cm2 µ 4 و در نمونه های عاری از پایدارکننده در ضخامت های 24 ، 39 و 48 میکرون به ترتیب 9/0 ، 6/0 و a/cm2 µ 5/ 0 بود که کاهش تقریبا 10 برابری را نشان می داد. مقدار پتانسیل خوردگی در نمونه های حاوی پایدارکننده در ضخامت های 20 ، 35 و 43 میکرون به ترتیب 268- ، 259- وmv 228- و در نمونه های عاری از پایدارکننده در ضخامت های 24 ، 39 و 48 میکرون به ترتیب 360- ، 305- وmv 305- بود که نشان می داد پتانسیل خوردگی به دلیل رسوب ناخالصی های حمام عاری از پایدارکننده فعال تر شده بود. نتایج آزمون پتانسیواستاتیک نشان داد که در شرایط کاتدی دانسیته جریان در پوشش های حاوی پایدارکننده تقریبا m a/cm2 10 و در پوشش های عاری از پایدارکننده تقریبا m a/cm21 بود. همچنین در شرایط آندی مقدار دانسیته جریان در پوشش حاوی پایدارکننده و عاری از پایدارکننده تقریبا یکسان بوده و a/cm2 µ 100 بود. نتایج آنالیز توسط wdx نشان داد که مقدار فسفر پوشش حاوی پایدارکننده 11-9 درصد وزنی و مقدار گوگرد آن 5/0-2/0 درصد وزنی بود. همچنین مقدار فسفر پوشش عاری از پایدارکننده 12-9 درصد وزنی و فاقد گوگرد بود. همچنین با افزایش ضخامت درصد فسفر پوشش ها افزایش یافته بود. پایدارکننده ها حاوی مقادیر زیادی گوگرد هستند و در طی فرآیند پوشش دهی جذب سطح فلز می شوند. دلیل افزایش نرخ خوردگی را می توان به وجود گوگرد در سطح پوشش ها نسبت داد. نتایج آزمون مقاومت الکتریکی تماسی نشان داد که قبل از آزمون خوردگی پتانسیواستاتیک مقدار مقاومت الکتریکی تماسی در تمام نمونه ها m?.cm230 بود. اما بعد از آزمون خوردگی مقاومت الکتریکی تماسی افزایش یافت، به طوریکه مقدار آن در پوشش های حاوی پایدارکننده تقریبا به m?.cm2 160 و در پوشش های عاری از پایدارکننده تقریبا به m?.cm2 70 رسید.

در مطالعه پیل های سوختی الکلی مستقیم، هدف اصلی توسعه یک الکتروکاتالیست بهینه شده با اضافه ولتاژ کم و مقاومت بالاست. در این پروژه، به منظور توسعه کاتالیست های مورد استفاده در آند پیل های سوختی الکلی برای اولین بار از کاتالیستی جدیدی بر پایه پالادیم با نام pd(dba)2 یا بیس (دی بنزیلیدن استون) پالادیم (0) که یک کاتالیست آلی فلزی بر پایه پالادیم و دی بنزیلیدن استون می باشد، استفاده شد. برای بررسی میزان فعالیت کاتالیست pd(dba)2، از تکنیک ولتامتری چرخه ای و به منظور بررسی پایداری کاتالیست در برابر مسمومیت از تکنیک های طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی و کرونوآمپرومتری استفاده شد. نتایج ولتامتری چرخه ای نشان داد که pd(dba)2 الکتروکاتالیست مناسبی برای اکسیداسیون اتانول، اتیلن گلیکول و گلیسرول می باشد ولی برای اکسیداسیون متانول مناسب نیست. مقدار پتانسیل آغازی برای pd(dba)2 در اکسیداسیون اتانول مقدار منفی تر نسبت به سایر الکل ها دارد که این امر به دلیل سنتیک سریع واکنش اکسیداسیون اتانول می باشد. نتایج حاصل از کرونوآمپرومتری و امپدانس الکتروشیمیایی پس از طی 200 چرخه نشان داد که مقاومت انتقال بار در اکسیداسیون اتانول کمترین مقدار ولی برای گلیسرول بیشترین مقدار را دارد. دلیل این امر این است که در اکسیداسیون اتانول مقاومت کاتالیست در برابر جذب حد واسط بالاست و حد واسط ها به راحتی نمی توانند سایت های فعال واکنش را مسدود کنند اما در اکسیداسیون گلیسرول به دلیل وجود حدواسط های تولید شده مسمومیت ها راحت تر روی کاتالیست اثر می گذارند و باعث مسدود شدن سایت های فعال می شوند در نتیجه مقاومت انتقال بار افزایش می یابد.

پیل های سوختی به دلیل بازده بالا، عدم انتشار آلاینده های زیست محیطی، چگالی توان بالا، عدم وجود قطعات متحرک و عدم ایجاد ارتعاش و صدا، تجهیزات مطلوبی برای تولید انرژی از ظرفیت های بسیار کم تا نیروگاههای بسیار بزرگ به حساب می آیند. یکی از پرکابردترین انواع پیلها برای این منظور، پیل سوختی اکسید جامد است. در این پایان نامه بهمنظور ارزیابی نحوه عملکرد پیل سوختی اکسید جامد و بررسی تاثیر متغیرهای عملیاتی موثر بر نحوه عملکرد و بازده سامانه، مجموعه آزمایش شامل واحد کنترل گازها، جمعکننده جریان، تشت نشتی پیل، نگهدارنده و سامانه اندازهگیری جریان و ولتاژ، طراحی و راهاندازی گردید. برای انجام آزمایشها، استانداردهای موجود در زمینه آزمایشهای ریزساختاری و عملکردی مورد مطالعه قرارگرفته و یک روش پایهای مناسب و منطبق با نیازهای پروژه انتخاب گردید. بعد از بررسی متغیرهای ریزساختاری پیل، همچون ساختار الکترولیت و الکترودها و میزان تخلخل آند، و بهبود ساختار پایهای آن، تاثیر متغیرهایی چون دما، زمان ماند، میزان ترکیب درصد هیدروژن در خوراک، میزان تخلخل آند، نحوه اتصال الکترودها به اتصال دهنده، آببندی مجموعه پیل مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل از این آزمایشات توسط خروجی سامانه که بصورت نمودارهای افت میباشد، مورد ارزیابی قرار میگیرد. در این نمودارها نحوه تغییرات ولتاژ پیل و چگالی توان در برابر تغییرات چگالی جریان نشان داده میشود. نتایج حاصل نشان میدهد که بهینهسازی نحوه آببندی و اتصال الکترودها و همچنین ساختار پیل، باعث بهبود عملکرد ان میگردد. منحنیهای افت برای درصدتخلخلهای متفاوت آند و درصد هیدروژن مختلف سوخت بدست آمد. این نمودارها نشان میدهند که افزایش تخلخل تا 50% و افزایش ترکیب درصد هیدروژن در چگالی جریانهای بالا، باعث ارتقا عملکرد پیل می شود. با توجه به تاثیر زمان ماند در چگالی جریان ثابت، مشخص میشود که اعمال جریان ثابت بمدت چند ساعت قبل از شروع آزمایش افت، باعث بهبود نتایج میشود.

در قسمت اول این پروژه ی تحقیقاتی یکسری پلی هیدرازیدهای جدید حاوی گروه oh فنولی طی پلیمر شدن تراکمی منومر جدید 5-هیدروکسی ایزوفتالو هیدرازید و دی اسیدکلرایدهای مختلف سنتز شد. تأثیر عوامل مختلف از قبیل دما و زمان روی واکنش پلیمر شدن بررسی گردید و بهترین شرایط مورد استفاده قرار گرفت. ساختار شیمیایی پلیمرهای سنتزشده با روش های شناسایی از قبیلft-ir ،1h-nmr ، آنالیز عنصری، آنالیز حرارتی (tga)، xrd و fe-sem شناسایی گردید. پلیمرهای سنتز شده دارای بازده و ویسکوزیته خوبی بوده و حلالیت خوبی در حلال?های آلی و همچنین مقاومت حرارتی بالایی از خود نشان دادند. این پلیمرها به دلیل داشتن گروه های oh فنولی از نظر الکتروشیمیایی فعال هستند. بنابراین پلیمرها با روش های ولتامتری چرخه ای(cv) و امپدانس الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفتند. این پلیمرها قابلیت تبدیل به پلی اکسادیازول ها و پلی تریازول های سولفونه به منظور ساخت غشاء تبادل پروتون را دارند. در قسمت دوم این تحقیق یک پلی اکسادیازول سولفونه ی جدید از واکنش تراکمی منومر 5-هیدروکسی ایزوفتالک اسید به روش سولفونه شدن همزمان با سنتز تهیه شد. نمک سدیم این پلی اکسادیازول توانایی خارق العاده ای در جذب آب از خود نشان داد. بنابر این نمک پلیمر جدید جزو هیدروژل ها و ابر جاذب ها قرار گرفته و کاربرد های بسیاری را می توان برای آن برشمرد. سپس یک کوپلی اکسادیازول سولفونه ی جدید از واکنش تراکمی منومر 5-هیدروکسی ایزوفتالک اسید و یک دی اسید اتری به روش سولفونه شدن همزمان با سنتز تهیه شد. این کوپلیمر با روش های شناسایی از قبیل ft-ir، 1h-nmr، fe-sem و tga مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. کوپلیمر سنتز شده دارای بازده و ویسکوزیته ی خوبی بوده و به دلیل داشتن گروه?های انعطاف پذیر اتری در ساختار خود، حلالیت خوبی در حلال?های آلی از خود نشان داد. همچنین این کوپلیمر به دلیل ماهیت اکسادیازولی مقاومت حرارتی بالایی از خود نشان ‏داد. درجه ی سولفونه شدن و ظرفیت تبادل یون برای این کوپلیمر در حد مطلوبی قرار دارد. از این کوپلیمر یک غشاء با خواص خوب مکانیکی ساخته شد. اندازه گیری هدایت پروتون برای این غشاء نشان داد که غشاء از هدایت پروتون خوبی برخوردار است. از آنجا که این غشاء خواص مکانیکی و مقاومت حرارتی بسیار خوبی دارد، هدایت پروتون مناسبی دارد و زمان و هزینه ی کمی برای تولید نیاز دارد می تواند به عنوان غشاء تبادل پروتون در پیل سوختی غشاء تبادل پروتون مورد استفاده قرار گیرد.

لایه ی نفوذ یک جزء اساسی در پیل سوختی است که وظایف مهمی، از جمله نفوذ واکنشگرهای گازی، نفوذپذیری مایع، هدایت الکتریکی، هدایت گرمایی و تقویت مکانیکی را انجام می دهد. لایه ی نفوذ، در مدیریت آب پیل سوختی یک نقش حیاتی را ایفا می کند و تعادل میان هیدراسیون غشاء و آب زدایی را برقرار می نماید. روش ساخت لایه ی نفوذ می تواند بر عملکرد پیل سوختی موثر باشد. زیرا روش ساخت می تواند بر ریز ساختار لایه ی نفوذ و در نتیجه بر چگونگی ایفای نقش آن تأثیر داشته باشد. در این پروژه تأثیر فرایند اختلاط جوهر لایه ی نفوذ بر ریز ساختار الکترود نفوذ گازی و عملکرد پیل سوختی پلیمری مورد بررسی قرار گرفته است. روش های مورد بررسی در این تحقیق شامل به کارگیری امواج فراصوت ضربانی و ادامه دار، حمام فراصوت و روش مکانیکی بودند. بدین منظور، الکترود های دارای لایه نفوذ یکسان از نظر ترکیب، امّاآماده شده به روش های متفاوت و دارای لایه های کاتالیست یکسان در شرایط واقعی پیل سوختی آزمایش شدند و ریز ساختار آن ها مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا الکترود دارای لایه ی نفوذ ساخته شده به کمک امواج فراصوت ضربانی در شرایط عملیاتی مختلف شامل دماهای مختلف پیل، فشار ها و رطوبت های نسبی کاتد متفاوت مورد ارزیابی قرار گرفت تا مناسب ترین شرایط عملیاتی برای انجام آزمایشات مقایسه ای تعیین گردد. پس از تعیین مناسب ترین شرایط عملیاتی، چهار سری الکترود دارای لایه های نفوذ یکسان از نظر ترکیب، اما آماده شده به روش های متفاوت در شرایط عملیاتی مشخص شده با یکدیگر مقایسه شدند. آزمایشات الکتروشیمیایی شامل ثبت منحنی های پلاریزاسیون و طیف بینی امپدانس الکتروشیمیایی بودند. بررسی ساختار سطحی لایه های نفوذ تهیه شده نیز به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. نتایج به دست آمده در پیل سوختی نشان داد که پیک دانسیته ی توان الکترود دارای لایه ی نفوذ ساخته شده به روش حمام فراصوت به صورت قابل ملاحظه ای بالاتر از دیگر الکترود هاست. این نتایج با نتایج امپدانس الکتروشیمیایی نیز مطابقت دارد. دلیل آن به تأثیر روش ساخت جوهر بر میزان همگن شدگی و ریز ساختار لایه ی نفوذ مربوط است که در این کار به بررسی آن پرداخته شده است. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان می دهد که نوع فرایند مخلوط کردن لایه ی نفوذ سبب ایجاد تغییر بر ریخت شناسی سطح لایه ی نفوذنیز می گردد. به طوری که لایه ی نفوذ تهیه شده به روش حمام فراصوت دارای توزیع یکنواخت ذرات و ریز حفره ها می باشد. در حالی که لایه ی نفوذ آماده شده به روش همزن مغناطیسی دارای سطح غیر یکنواخت و کانال های نامنظمی می باشد.

افزایش دانسیته توان مجموعه الکترود- غشاء (mea) یکی از اساسی ترین گامها در جهت تجاری شدن فناوری پیل های سوختی پلیمری می باشد. مجموعه الکترود- غشاء شامل غشاء و الکترود های نفوذی گازی آند و کاتد می باشد که به صورت یک مجموعه در کنار هم قرار می گیرند و تشکیل مجموعه الکترود- غشاء می دهند. الکترود نفوذی گازی از بستر کربنی، لایه نفوذ و لایه کاتالیست تشکیل شده است. لایه کاتالیست خود از نانو ذرات پلاتین و یونومر های نفیون تشکیل شده که به صورت فیلم با ضخامت چند نانومتر در کنار ذرات کاتالیست قرار می گیرد. کنترل میزان یونومر نفیون در ریز ساختار لایه کاتالیست و عملکرد مجموعه الکترود- غشاء نقش تعیین کننده ای دارد. از اینرو در این پروژه تحقیقاتی به منظور دستیابی به مقدار بهینه یونومر نفیون در ترکیب لایه کاتالیست، الکترود های کاتد با درصد های وزنی مختلف نفیون (35%-27%) و میزان بارگذاری یکسان از نانو ذرات پلاتین روی بستر پارچه کربنی (e-tek) حاوی لایه نفوذ ساخته شد. کاتد های ساخته شده در پیل سوختی پلیمری در شرایط مختلف عملیاتی شامل دما های متفاوت پپل، آند وکاتد همچنین در فشار های متفاوت گاز های واکنشگر اکسیژن و هیدروژن توسط دستگاه تست پیل سوختی مورد ارزیابی قرار گرفتند. عملکرد این الکترود ها توسط منحنی های پلاریزاسیون بررسی گردید. میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز برای مطالعه مورفولوژی ریز ساختار لایه کاتالیست استفاده شد. نتایج نشان می دهد که تغییر میزان یونومر نفیون در لایه کاتالیست سبب تغییر در ریز ساختار آن می شود بطوریکه با افزایش درصد نفیون میکرو حفرات کوچکتر شده و تخلخل کمتری در لایه کاتالیست ملاحظه می گردد همچنین نتایج منحنی های پلاریزاسیون نشان می دهدکه الکترود دارای 32% نفیون در لایه کاتالیست کاتد، دارای بالاترین عملکرد است. این امر می تواند به افزایش نواحی سه فازی ارتباط داشته باشد در مقادیر کم نفیون یونومر مبادله کننده پروتون در اختیار برخی از کاتالیست ها قرار نمی گیرد و تعدادی از محل های فعال کاتالیست نتوانند در واکنش احیا اکسیژن شرکت کنند در مقادیر بالای نفیون نیز ضخامت فیلم نفیونی تشکیل شده بر روی ذرات کاتالیست و بستر افزایش یافته و موجب کاهش عملکرد پیل به علت بسته شدن محل های کاتالیست می شود.

عملکرد پیل سوختی پلیمری توسط تکنیک های الکتروشیمیایی مورد ارزیابی قرارمی گیرد . یکی از این روش ها ، تکنیکی استاندارد به نام منحنی پلاریزاسیون است . این منحنی که از رسم پتانسیل بر حسب دانسیته جریان در یک شرایط عملیاتی ثابت به دست می آید ، دو فرم پایدار و غیر پایدار دارد که در این پایان نامه فرم پایدار مورد بررسی قرار می گیرد . یک منحنی پلاریزاسیون ایده آل ، سه ناحیه مهم دارد ، پلاریزاسیون اکتیواسیون ، پلاریزاسیون اهمی و پلاریزاسیون غلظتی . در حقیقت این سه نوع پلاریزاسیون دلیل کاهش ولتاژ پیل ، از مقدار تئوری آن می باشند . روابط نیمه تجربی متعددی ، با توجه به داده های تجربی برای منحنی پلاریزاسیون ارائه شده است . که در آن ها عبارت مربوط به عبارت غلظتی تنوع بیشتری دارد .در این پایان نامه در ابتدا از روابط رایج برای بررسی منحنی پلاریزاسیون 12 سری داده در فشار و دماهای مختلف استفاده شد. در ادامه کار به ارائه چهار رابطه جدید برای ناحیه غلظتی پرداخته شد و نتایج نشان می دهند که یکی از معادلات پیشنهادی بخوبی قادر به پیش بینی داده های تجربی بود و حداکثر متوسط خطاها 5/0 درصد می باشد و ضمناً پارامتر دانسیته جریان محدود کننده مستیقماً در این رابطه ظاهر شده است . کلمات کلیدی : پیل سوختی پلیمری ، منحنی پلاریزاسیون ، پلاریزاسیون غلظتی ، دانسیته جریان محدودکننده.

انواع پیل های سوختی که در دمای پایین مورد استفاده قرار می گیرند، به عنوان منابع تولید نیرو برای جایگزین شدن با منابع هیدروکربنی (خصوصاً برای استفاده در وسایل نقلیه و همچنین موارد غیر متحرک) مورد توجه قرار گرفته اند. پیل های سوختی هیدروژنی یکی از این جایگزین ها است. علیرغم کارایی مناسب این پیل ها، محدودیت های عمده ای در ذخیره سازی و انتقال هیدروژن وجود دارد و همچنین هزینه ی تولید پیل های سوختی هیدروژنی بسیار زیاد است. سوخت های زیادی از جمله متانل، اتانل، پروپانل، اسید فرمیک و... به جای هیدروژن مورد استفاده قرار گرفتهاند. این سوخت های آلی عموماً دارای فعالیت کم هستند، سمی اند و بازده اکسیداسیون آن ها کم است. سدیم بوروهیدرید، به طور ذاتی دارای دانسیته ی انرژی بالایی می باشد، به دلیل مایع بودن، راحت ذخیره می شود، از لحاظ شیمیایی، پایدار و غیر قابل اشتعال است و نهایتاً طی واکنش، محصول آلوده کننده ای مثل co2 را تولید نمی کند. بنابراین پیل سوختی بوروهیدرید مستقیم می تواند گزینه ی خوبی برای تحقیق در بین پیل های سوختی باشد. در سال های اخیر تحقیقات گسترده ای برای بهبود نانوکاتالیست های پیل سوختی بوروهیدرید، چه در قسمت آند و چه در قسمت کاتد صورت گرفته است. در این پروژه، نانوکاتالیست کاتدی با نانو ذرات غیر پلاتینی ارزان، در پیل سوختی بوروهیدرید مستقیم استفاده شد و عملکرد آن با نانوکاتالیست 10%pt/c تجاری، مقایسه گردید. اثرات غلظت بوروهیدرید روی کارایی، با این دو نانو کاتالیست کاتدی بررسی و سوخت بهینه معرفی شد که این سوخت بهینه عبارت بود از 5 درصد سدیم بوروهیدرید و 10 درصد هیدروکسید پتاسیم. ماکزیمم دانسیته ی توان با استفاده از این سوخت در پیل سوختی بوروهیدرید مستقیم با نانوکاتالیست کاتدی اکتا و نانوکاتالیست پلاتینی به ترتیب mw/cm2138 و mw/cm250 به دست آمد. سپس برای بررسی علت عملکرد این دو کاتالیست کاتدی، خواص فیزیکی و همچنین مورفولوژی نانو ذرات آن از روش های ارزیابی پلاریزاسیون، ولتامتری چرخه ای، امپدانس الکتروشیمیایی (eis)، میکروسکوپ الکترونی (sem) و پخش اشعه ی ایکس (xrd) استفاده شد. نتایج پخش اشعه ی ایکس، نوع و اندازه ی ذرات را دو نانو کاتالیست غیر پلاتینی مشخص کرد که میانگین این ذرات کمتر از 20 نانومتر تخمین زده شد. پس از ارزیابی پلاریزاسیون و تأثیر آن بر کارایی پیل، به وسیله ی آزمایش ولتامتری چرخه ای جریان های ناشی از اکسایش بوروهیدرید در حضور این دو نانوکاتالیست کاتدی اندازه گیری شد. جریان تولید شده با نانوکانالیست غیر پلاتینی کمتر از a/cm2 2/0بود در صورتی که این جریان در حضور نانوکاتالیست پلاتینی a/cm25/1 بدست آمد که دلیل آن را می توان به میزان حساسیت قابل ملاحظه ی نانوکاتالیست غیر پلاتینی در مقابل میان عبور بوروهیدرید ربط داد. آزمایش اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی برای بررسی مقاومت ها در مناطق مختلف پلاریزاسیون به کار گرفته شد.

کاربرد الیاف و ساختارهای منسوج با خاصیت رسانایی الکتریکی در زمینه های صنعتی مانند حسگرها، حفاظت از مداخله امواج الکترومغناطیس در رادارها و انتقـال اطـلاعات در لباس هایی با کاربرد نظامی مانند استتار می باشد. الیاف رسانای پلیمری به دو روش تولید می شوند. در روش اول الیاف با پلیمرهای رسانا پوشش داده می شوند و روش دوم تولید این الیاف به روش ترریسی یا ذوب ریسی است. در این پژوهش پلی آنیلین به روش شیمیایی از مونومر آنیلین سنتز شد. سپس با اضـافه کردن ذرات پلی آنیلین و دوپـه کننده دودسیل بنزن سولفونیک اسید به پلیـمر پلی پروپیلن و اختلاط در حالت مذاب برای دستیـابی به ترکیب همگن، دانه ی مناسبی تهیه گردید و با استفـاده از روش ذوب ریسی، فیلامنت الیـاف ترکیب حاصله در مقادیر 7/1% و 5% پلی آنیلین تولیـد شد. خواص مکانیکی با اندازه گیری استحکام کششی و مدول اولیه الیاف و خواص ساختاری الیاف توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی fesem مورد ارزیابی قرار گرفت. رسانایی الکتریکی نمونه ها نیز در سه حالت دانه، الیاف ریسیده شده و الیاف کشیده شده مورد بررسی قرار گرفت. همچنین در این پروژه به منظور بهبود خواص الکتریکی فیـلامنت و دانه الیـاف تهیه شده از آمیزه ی پلی پروپیـلن و پلی آنیلین/دودسیل بنزن سولفونیک اسید، این نمونه ها به روش غوطه وری تحت تأثیر دو اسید غیرآلی سولفوریک اسید و کلریدریک اسید قرار گرفتند. به منظور بررسی تأثیر اسید بر تبلور و رفتار حرارتی نمونه ها آزمون dsc انجام گرفت. همچنین تأثیر اسـید بر روی نمونه ها توسط آزمون uv-vis نیز، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپ fesem نشان داد که ترکیب پلی پروپیلن و پلی آنیلین همگن است. استحکام و مدول الیاف تهیه شده به ترتیب در حدود mpa 35 و mpa 1000 اندازه گیری شد که قابلیت استفاده از این الیاف در صنعت نساجی مورد تأیید می باشد. بر اساس اندازه گیری رسانایی الکتریکی دانه الیاف تولید شده به روش چهار نقطه ای، رسانایی ترکیب حاصله از دو فاز پلی پروپیلن و پلی آنیلین/دودسیل بنزن سولفونیک اسید در محدوده مواد نیمه رسـانا بود. در واقع با افزودن 5% پلی آنیلین به پلیمر عایق با رسانایی 14-10 زیمنس بر سانتیمتر، رسانایی الکتریکی به میزان 108برابر یعنی در حدود 6-10 زیمنس بر سانتیمتر افزایش یافته است. رسانایی هر دو نمونه الیاف تولیدی تحت تأثیر کشش بهبود یافت؛ در حقیقت اعمال کشش سبب آرایش شبکه رسانا درون زمینه پلیمری می شود و مسیر رسانایی را گسترش می دهد. تأثیر اسید بر روی دانه الیاف (والیاف) سبب دوپ شدن ذرات پلی آنیلین با فرم نارسانای باقی-مانده در الیاف شد و مسیر رسانای فاز پلی آنیلین گسترش یافت؛ بدین ترتیب عملکرد اسید بر روی تمامی نمونه ها، سبب افزایش رسانایی آنها گشت. روند افزایش رسانایی الکتریکی برای دانه الیاف (و الیاف) عمل شده با کلریدریک اسید بیشتر از سولفوریک اسید است، زیرا گروه کلرید در کلریدریک اسید کوچکتر از گروه سولفونه در سولفوریک اسید می باشد و بدین ترتیب قابلیت تحرک برای این گروه بیشتر است که در نهایت سبب افزایش رسانایی در تمامی نمونه ها می شود. نتایج حاصل از آزمون dsc نشان داد نمونه الیاف عمل شده با اسید تبلور کمتری نسبت به نمونه الیاف عمل نشده با اسید دارد. در حقیقت اسید سبب گسترش فاز پلی آنیـلین/دودسیل بنزن سولفونیک اسید می شود و گسترش هر چه بیشتر این فاز سبب کاهش تبلور در زمینه پلی پروپیلن شده است. همچنین مطالعات طیف سنجی uv نشان داد که، جهش های انتقالی *??? در نمونه های عمل شده با اسید بیشتر از نمونه ی عمل نشده با اسید می باشد و این امر نشانگر بهبود رسانایی الکتریکی این نمونه الیاف شده است.

در این پروژه با مقایسه دو بستر الکترود بالارد(ballard) و توری(tgp) مشاهده شد با افزایش رطوبت الکترود از 30% به 100%، بستر بالارد عملکرد بهتری نشان می دهد زیرا قطر حفرات بالارد به دلیل چگالی توده کم، بزرگتر است و در رطوبت بالا انتقال گازها در آن بهتر صورت می گیرد . در این پروژه همچنین اثر مقدار نانو ذرات پلاتین، نفیون وکربن در لایه کاتالیست بر عملکرد پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفت . با تغییر مقدار بارگذاری نانو ذرات پلاتین، نفیون و یا کربن حجم فضای خالی لایه کاتالیست در الکترود محاسبه و اثر آن بر عملکرد الکترود در پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفت. ساختار کریستالی و سایز نانوذرات پلاتین 30% توسط تکنیک پراش پرتو ایکس(xrd) مورد بررسی قرار گرفت. ریز ساختار لایه کاتالیست نیز توسط تکنیک میکروسکوپ الکترونی روبشی(sem ) مطالعه شد. با استفاده از معادلات مربوطه حجم فضای خالی لایه کاتالیست محاسبه شد. با استفاده از تکنیک sem ضخامت لایه کاتالیست ساخته شده بین 15-17 میکرومتر بدست آمد. با توجه به تکنیک xrd ساختار کریستالی کاتالیست fcc تعیین شد و سایز ذرات پلاتین 6/3 نانومتر بدست آمد. با افزایش درصد نفیون از 25% به 31%، حجم فضای خالی لایه کاتالیست از 8/26% به 1/19%کاهش یافت. با تغییر مقدار بارگذاری پلاتین از 48/0 به 85/0(mg.cm-2) حجم فضای خالی لایه کاتالیست تغییر نکرد(8/26%). نتایج نشان داد نفیون عامل اصلی در تعیین حجم فضای خالی لایه کاتالیست می باشد. به دلیل چگالی بالای پلاتین در بارگذاری های مختلف آن حجم فضای خالی لایه کاتالیست تغییر قابل توجهی نمی کند

در قسمت اول این پروژه، یک سری پلی بنزایمیدازول حاوی گروه پیریدینی و یک سری دیگر حاوی گروه فنلی، طی پلیمری شدن تراکمی مونومر تترا آمین 4،4- اکسی بیس (بنزن- 1، 2- دی-آمین ) با دی اسیدهای پیریدین 2،6-دی کربوکسیلیک و 5-هیدروکسی ایزوفتالیک اسید سنتز شد، که پلی بنزایمیدازول حاصل از دی اسید فنلی میزان هدایت بیشتری نسبت به پلی بنزایمیدازول حاوی گروه پیریدینی داشت. بررسی ها نشان داد که این امر به دلیل قرار گرفتن گروه های فسفونیک اسید، روی حلقه بنزایمیدازولی فعال حاوی گروه فنلی بوده که به صورت پیوند کووالانسی روی حلقه دی اسید قرار گرفته است. در ادامه پروژه هیدروژن گروه فنلی و هیدروژن گروه بنزایمیدازولی توسط سدیم هیدرید جدا شد و با مونومر 3،3-دی سولفونه-4،4-دی کلرو فنیل سولفون واکنش داده و به صورت گروه آویزان روی زنجیره پلیمری قرار گرفت. تمامی مواد سنتز شده به صورت مرحله به مرحله توسط آنالیزهای ft-ir، 1h-nmr، آنالیز عنصری و آنالیز حرارتی (tga) شناسایی گردیدند. بررسی های بیشتر نشان داد که این گروه های سولفونه آویزان توانایی هدایت پروتون در غشاهای تبادل یونی را افزایش می دهند. اندازه گیری ها نشان داد که هدایت پروتونی در این غشاء به دلیل تجمع گروه های سولفونه و فسفونیک اسید روی ساختار پلیمر نسبت به گونه های مشابه بسیار بیشتر بوده است. در قسمت دوم این پروژه، دی آمین سنتز شده حاوی گروه های بنزایمیدازولی را با دی انیدریدهای متفاوت واکنش داده و پلی( بنزایمیدازول-ایمید)های جدیدی تهیه شدند که از هدایت خوبی برخوردار بوده وجهت افزایش هدایت در این پلیمرها هیدروژن-های بنزایمیدازولی با سدیم هیدرید جدا شد و با سولتون وارد واکنش شد. به این طریق نوع دیگری از گروه های آویزان سولفونه روی زنجیره پلیمری قرار گرفت که این خود باعث افزایش هدایت غشاء تا حد هدایت نفیون گردید. این کوپلیمرها با روش های شناسایی از قبیل ft-ir، 1h-nmr، آنالیز عنصری، آنالیز حرارتی (tga) مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت.

در این رساله به بررسی روش های فعالسازی mea در پیل سوختی پلیمری پرداخته شد تا بتوان درک بهتری از مکانیسم فعالسازی mea بدست آورد و براساس آن روش های فعالسازی سریع تر و موثرتری در بهبود عملکرد پیل ارائه نمود. در بررسی روش های فعالسازی mea بعد از مونتاژ پیل، اثر سه روش فعالسازی متداول (روش ولتاژ ثابتv 6/0، جریان ثابتa cm-2 25/0 و روش ارائه شده توسط انجمن پیل سوختی امریکا (usfcc)) بر عملکرد mea در طول دوره فعالسازی و بعد از آن در شرایط عملیاتی واقعی پیل سوختی پلیمری مورد مقایسه قرار گرفت و از میان آن ها با توجه به ساختار mea بهترین روش از لحاظ سریع و موثر بودن روش ولتاژ ثابت v 6/0 به مدت 6 ساعت معرفی گردید. نتایج حاصل از آزمایشات الکتروشیمیایی در طول دوره فعالسازی نشان دادند در هر سه فرایند فعالسازی مورد نظر با گذشت زمان مقدار مقاومت اهمی غشاء و محدودیت در انتقال جرم گونه ها به سطح کاتالیست کاهش می یابد و همچنین فعالیت کاتالیست با گذشت زمان بهبود می یابد. با بررسی اثر تغییر غلظت واکنشگر بر عملکرد mea فعال شده، مرتبه واکنش کاهش اکسیژن، 8/0، و دانسیته جریان نرمال شده نسبت به فشار اتمسفر در ولتاژ v 9/0، ma cm-2pt 4/0 محاسبه شد که با نتایج ارائه شده در مقالات مطابقت دارد. بعد از مرحله فعالسازی، عملکرد سه mea فعال شده در شرایط عملیاتی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دادند روش فعالسازی mea اثر برگشت ناپذیری بر خصوصیات بین سطحی mea می گذارد که حتی در محدوده وسیعی از شرایط عملیاتی قابل جبران نمی باشد. فعالسازی mea به روش a cm-2 25/0 نسبت به دو روش دیگر در کسب بهترین عملکرد، روش موثری نیست. حتی اگر زمان طولانی صرف فعالسازی آن گردد (حدود 14 ساعت) و یا اگر mea فعال شده به این روش در شرایط مختلف عملیاتی قرار بگیرد باز هم عملکرد ضعیفی را نشان می دهد. ماکزیمم دانسیته توان تولیدی آن در دمای oc 75 ، فشار kpa 34 و رطوبت نسبی گاز کاتدی 30 % ، در حدود 20 % کمتر از دو mea دیگر می باشد. از آنجایی که شرایط عملیاتی حاکم بر پیل بر عملکرد آن موثر است اثر تغییر در شرایط عملیاتی مرحله فعالسازی بر مدت زمان فعالسازی و عملکرد mea در طول دوره فعالسازی و پس از آن نیز بررسی شد. نتایج نشان داد فعالسازی mea در شرایط عملیاتی دما و فشار کم اگرچه نیاز به صرف زمان بیشتری (حدود 30%) دارد ولی فعالسازی mea کامل تر صورت می گیرد به طوری که بعد از فعالسازی با تغییر شرایط عملیاتی، mea عملکرد بهتری را نشان می دهد. در بخش انتهایی رساله روش جدیدی در فعالسازی mea قبل از مونتاژ پیل سوختی پلیمری ارائه شده است که این روش براساس فرآوری الکترود توسط امواج فراصوت است. نتایج نشان داد فرآوری الکترودها در حمام فراصوت سبب کاهش مدت دوره فعالسازی mea به روش ولتاژ ثایت v 6/0 و همچنین بهبود عملکرد mea در شرایط عملیاتی مختلف می گردد.

در این پروژه، به ساخت الکترود آند متخلخل بر پایه نانو کاتالیست غیر پلاتینی جهت توسعه نواحی سه فازی در الکترود پرداخته شده است و سپس فعالیت الکتروکاتالیست در اکسایش اتیلن گلیکول در محیط قلیایی بررسی شد. اتیلن گلیکول به سبب سمیت کم آن، نقطه جوش بالا (k471)، چگالی انرژی بالا ( wh dm-356/7) و واکنش پذیری نسبتا بالا، به عنوان یک سوخت با ارزش مورد توجه زیادی قرار گرفته است. بنابراین، لازم است که آن را به عنوان یک سوخت برای پیل سوختی معرفی کرد. ریز ساختار لایه کاتالیست ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که لایه کاتالیست حاوی نانو ذرات غیر پلاتینی و لایه کاتالیست حاوی نانوکاتالیست wt)10%( pd/c دارای ساختار متخلخل هستند. در این تحقیق در ساخت الکترود در سل سه الکترودی و در پیل سوختی از نانو کاتالیست غیرپلاتینی hypermectmاستفاده شده است و سپس رفتار و کارایی الکترود با استفاده از روش های ولتامتری چرخه ای، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی وکرونوآمپرومتری بررسی شده است. نتایج حاصل از ولتامتری چرخه ای، مقدار چگالی جریان پیک های اکسیدی بر روی الکترود غیر پلاتینی hypermectm را µa µg-1metal 78 نشان می دهد که بیش از دو برابر بزرگتر از، چگالی جریان پیک-های اکسیدی الکتروکاتالیست wt)10%( pd/c با مقدار µa µg-1metal 30 می-باشد. با بررسی نسبت جریان پیک آندی رفت به پیک آندی برگشت برای هر دو الکتروکاتالیست، مقدار این نسبت در صورت استفاده از الکتروکاتالیست غیرپلاتینی hypermectm و الکتروکاتالیست wt)10%( pd/c به ترتیب 36/2 و 57/1 است. این نسبت مسمومیت کمتر الکتروکاتالیست غیرپلاتینی hypermectm را توسط محصولات حاصل از اکسایش نشان می دهد. نتایج پیل سوختی اتیلن گلیکول مستقیم با غشاء تبادل آنیون با نانو کاتالیست آندی غیرپلاتینی hypermectm یک پیک چگالی توان mw cm-2 7/17 را که بیشتر از wt)10%( pd/c با مقدار چگالی توان mw cm-2 6/8 می باشد (در دمای c° 25) از خود نشان می-دهد. کلمات کلیدی: کاتالیست غیرپلاتینی hypermectm، الکترود آندی متخلخل، پیل سوختی اتیلن گلیکول مستقیم، الکترواکسایش اتیلن گلیکول

گلوکز، دارای دانسیته ی انرژی بالایی بوده و به راحتی ذخیره می شود. از لحاظ شیمیایی، پایدار و غیر قابل اشتعال است. همچنین غیر سمی بوده و به راحتی در طبیعت یافت می‏شود. بنابراین پیل سوختی گلوکز مستقیم می تواند گزینه ی خوبی برای تحقیق در بین پیل های سوختی باشد. در سال های اخیر تحقیقات گسترده ای برای بهبود نانوکاتالیست های پیل سوختی گلوکزمستقیم، چه در قسمت آند و چه در قسمت کاتد صورت گرفته است. در این پروژه الکترودهای آند توسط نانوکاتالیست های آندی ارزان قیمت غیر پلاتینی hypermectm ساخته شده و عملکرد آن با الکترودهای مرسوم دارای نانو کاتالیست wt%10pd/c در واکنش اکسایش الکتروشیمیایی گلوکز مقایسه شده است. با بررسی اثرات غلظت گلوکز بر کارایی الکترودهای آند نانوساختار،غلظت بهینه سوخت تعیین شده است که عبارت است از گلوکز 1/0 مولار و koh یک مولار. مورفولوژی و رفتارالکترودهای متخلخل بر پایه نانوکاتالیست های آندی غیر پلاتینی hypermectm و پالادیومی با روش میکروسکوپ الکترونی ((sem ، روش های الکتروشیمیایی، منحنی های عملکرد در پیل سوختی و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی میزان مسمومیت، مقایسه فعالیت دو نانو کاتالیست و پایداری نانوکاتالیستها از جمله کارهایی است که در این پایان نامه انجام شده است. طبق نتایج، پایداری نانوکاتالیست wt%10pd/c بیشتر از نانوکاتالیست غیرپلاتینی hypermectm است. در نهایت با ساخت و توسعه مجموعه الکترود-غشا با ساختار نانو با الکترود آند غیر پلاتینی hypermectm وغشای تبادل کننده آنیونی و بکارگیری آن در پیل سوختی گلوکز مستقیم، دانسیته توان22 میلی وات بر سانتی متر مربع با آند متخلخل غیر پلاتینی hypermectm و 13 میلی وات بر سانتی متر مربع با آند متخلخل wt%10pd/c در شرایط سوخت و اکسیدان ایستا در دمای اتاق بدست آمد که در مقایسه با کارهای مشابه انجام شده نتایج قابل مقایسه است. میزان مقاومت انتقال بار و جرم نیز با هر دو الکترود آند بررسی و مقایسه شد که طبق نتایج الکترود غیر پلاتینی hypermectm سرعت انتقال الکترون و انتقال جرم بالاتری نسبت به الکترود wt%10pd/c داشت.

یکی از بهترین الکل¬ها از بین الکل¬های مختلف برای کاربرد در پیل های سوختی الکلی مستقیم 2-پروپانول است. 2-پروپانول سمیت و میان¬عبور کمتری نسبت به متانول دارد ومسمومیت آن از متانول کمتر است. در این پروژه، الکترود آند متخلخل بر پایه نانوکاتالیست غیرپلاتینی hypermectm ( fe-co-ni/c) برای ارزیابی در اکسایش 2-پروپانول در محیط قلیایی ساخته شد. عملکرد این الکترود و الکترود آندی رایج پالادیم در اکسایش 2-پروپانول با هم مقایسه گردید. رفتار الکتروشیمیایی این الکترودها با استفاده از تکنیک¬های ولتامتری چرخه¬ای و کرنوآمپرومتری مورد بررسی قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز برای تعیین مورفولوژی کاتالیست به کار گرفته شد. داده¬های کرنوآمپرومتری به طور واضح نشان داد که واکنش اکسایش الکتروشیمیایی 2-پروپانول روی نانوکاتالیست غیرپلاتینی hypermectm بهتر از pd/c (10% wt) است. افت جریان برای نانوکاتالیست pd/c (10% wt)حدود 43 درصد بیشتر بود. بیشینه دانسیته جریان برای نانوکاتالیست غیرپلاتینی hypermectm، µa µg-1metal 15 و برای pd/c (10% wt) ، µa µg-1metal 5/11 بدست آمد. بنابراین الکترود غیرپلاتینی hypermectm فعالیت کاتالیستی بالاتر از الکترود pd/c (10% wt)داشته است. نتایج پیل سوختی 2-پروپانول مستقیم بیشینه دانسیته توان را در دمای 25 درجه سانتی¬گراد برای نانوکاتالیست غیرپلاتینی hypermectm، mw cm−2 5/8 و برای نانوکاتالیست pd/c (10% wt)، mw cm−29 نشان داد. نتایج به دست آمده در پیل سوختی 2-پروپانول تطابق خوبی با نتایج ولتامتری چرخه¬ای و کرنوآمپرومتری داشت .

جایگزین سازی سوخت های فسیلی با منابع تجدید پذیر، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. انواع پیل های سوختی دمای پایین، گزینه خوبی برای جایگزینی با سوخت های فسیلی هستند. پیل های سوختی هیدروژنی یکی از این جایگزین ها است. علیرغم کارایی مناسب این پیل ها، محدودیت های عمده ای در ذخیره سازی و انتقال هیدروژن وجود دارد و همچنین هزینه ی تولید پیل های سوختی هیدروژنی بسیار زیاد است؛ لذا کاربرد آن¬ها در صنایع قابل حمل محدود شده است و پیل های سوختی الکلی برای منابع قابل حمل جایگزین آن شده اند. n- پروپانول یک الکل خطی است که به طور ذاتی دارای دانسیته انرژی بالایی است، به دلیل مایع بودن، راحت ذخیره می شود و همچنین از لحاظ شیمیایی، پایدار و غیرقابل اشتعال است؛ بنابراین پیل سوختی n- پروپانول مستقیم گزینه خوبی برای تحقیق بین پیل های سوختی است. در این پایان نامه، نانو کاتالیست آندی غیر پلاتینی ارزان حاوی آهن- نیکل-کبالت که با پالادیم hypermectm آرایش شده است، در پیل سوختی n- پروپانول مستقیم استفاده شد و عملکرد آن با نانو کاتالیست wt) ??%pd/c(تجاری، مقایسه گردید. اثر غلظت n- پروپانول بر روی کارایی، با این دو نانو کاتالیست آندی بررسی و سوخت بهینه معرفی شد.سوخت بهینه مقدار سوخت برای هر دو نانو کاتالیست ??? مولار ?-پروپانول و یک مولار پتاسیم هیدروکسید به دست آمد.با استفاده از این سوخت در پیل سوختی n- پروپانول مستقیم با نانو کاتالیست آندی hypermectm و wt) ??%pd/c( به ترتیب بیشینه دانسیته توان mw.cm-2???? و mw.cm-2????به دست آمد. سپس برای بررسی عملکرد، خواص فیزیکی و همچنین مورفولوژی این دو کاتالیست آندی، از روش های ارزیابی پلاریزاسیون، ولتامتری چرخه ای، امپدانس الکتروشیمیایی (eis) و میکروسکوپ الکترونی (sem) استفاده شد. داده¬های ولتامتری چرخه ای نشان داد که دانسیته جریان تولیدشده در غلظت بهینه سوخت، برای کاتالیست hypermectm برابر با µa.µg-1metal 69 و برای wt) 10%pd/c( برابر با µa.µg-1metal 48 است. آزمایش اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی برای بررسی مقاومت ها در نواحی مختلف پلاریزاسیون به کار گرفته شد. برای کاتالیست hypermectm سه قوس مشاهده شد، اولی در نواحی فرکانس بالا که به مقاومت الکترولیت، دومی در نواحی فرکانس متوسط که به مقاومت انتقال بار و سومین قوس به مقاومت انتقال جرم نسبت داده شدند.

در پروژه حاضر ابتدا الکتروکاتالیست های پلاتین روی بستر ولکان با استفاده از حلال های متانول:آب(1:1)، متانول:آب(2:1)، متانول:آب(1:2)، استون:آب(1:2)، استون:آب(2:1)، ایزوپروپیل الکل:آب(1:2)، نرمال بوتیل استات:ایزواکتان (6/71 :4/21) سنتز شدند. سپس با استفاده از تکنیک ولتامتری چرخه ای برای اندازه گیری مساحت سطح فعال الکتروشیمیایی الکتروکاتالیست استفاده شد. واز تکنیک پراش اشعه ایکس برای اندازه گیری مساحت سطح هندسی الکتروکاتالیست از روی متوسط اندازه نانوکریستال ها و نیز برای اطمینان از احیاء پلاتین بر روی بستر ولکان مورد استفاده قرار گرفت. سپس با استفاده از نتایج بدست آمده از این دو تکنیک، فاکتور زبری برای الکتروکاتالیست های مختلف محاسبه شدند. در ادامه از تکنیک های ولتامتری با روبش خطی پتانسیل، کرنو آمپرومتری و طیف سنجی امپدانس برای ارزیابی الکتروکاتالیست های سنتز شده در حلال های مختلف مورد استفاده قرار گرفت. همچنین از تکنیک icp برای اندازه گیری درصد پلاتینه شدن ولکان استفاده شد. نتایج الکتروشیمیایی نشان دادند که الکترودهای ساخته شده با الکتروکاتالیست های سنتز شده با حلال متانول:آب(1:1) بهترین کارایی را دارند. همچنین از تکنیک میکروسکوپ الکترونی برای بررسی مورفولوژی سطح الکترودها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج میکروسکوپ الکترونی نیز نشان دادند که الکترودهای ساخته شده با الکتروکاتالیست سنتز شده با حلال متانول:آب(1:1) دارای مورفولوژی بهتری می باشند. در این پروژه همچنین اثر 2 احیاءکننده فرمالدهید و سدیم بوروهیدرید مورد بررسی قرار گرفت. کار پژوهشی دیگری که انجام شد ساخت نیم پیل می باشد که نتایج الکتروشیمیایی آن با حالتی که غشای نفیون وجود نداشت گزارش شدند.

طرح و ساختار پیل، ساختمان الکترودهای نفوذی گازی، کیفیت الکتروکاتالیست و ماتریس نگهدارنده الکترولیت همگی از عوامل مهم در تعیین کارایی و طول عمر پیل های سوختی اسید فسفوریکی هستند. در این تحقیق با توجه به مطالعاتی که روی طرح و ساختار پیلهای سوختی اسید فسفوریکی صورت گرفته است ابتدا نوعی پیل سوختی اسید فسفوریکی طراحی و ساخته شده است . سپس ساختار پایه های گرافیتی متخلخل و فرآیند آبگریز کردن آنها توسط پلی آنیلین و پلی تترافلوثور اتیلن با استفاده از sem مورد بررسی قرار گرفته است . در ادامه چگونگی تهیه لایه الکتروکاتالیست به روشهای پوشش دادن و رول کردن بیان گردیده است و آنگاه عملکرد و خصوصیات مورفولوژی آنها در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفته است . در نهایت سطح الکتروکاتالیست توسط پلی آنیلین اصلاح گردیده و خصوصیات الکتروشیمیایی آنها در پیل مورد بررسی قرار گرفته است . بررسی ریزساختار الکتروکاتالیست و الکترودهای اصلاح شده توسط sem بخش دیگری از این کار تحقیقاتی می باشد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که عملکرد الکترودهای اصلاح شده چندین برابر الکترودهای اصلاح نشده است و هچنین در تمام آزمایشها sic دارای خواص و قابلیتهای بهتر نسبت به pbi است .