پیل سوختی یک دستگاه مولد انرژی با چگالی توان بالا و ویژگیهای مطلوب جهت کاربردهای گوناگون میباشد. پیل سوختی با توجه به نوع الکترولیت آن، دارای انواع گوناگونی می باشد. یکی از انواع پیلهای سوختی ، پیل سوختی پلیمری هیدروژنی می باشد که به دلیل راندمان نسبتاً بالا ی آن نسبت به دیگر انواع پیل های سوختی و همچنین دمای کارکرد پایین آن، همواره مورد توجه بسیار بوده است. هر تک سل پیل سوختی در حالت کارکرد بهینه خود دارای اختلاف پتانسیلی حدود 6/0 ولت و شدت جریان الکتریکی متناسب با سطح فعال مجموعه غشاء-الکترود بکار رفته در آن می تواند متفاوت باشد. به دلیل اختلاف پتانسیل بسیار کم تک سل، استفاده از آن به تنهایی، نمی تواند نیاز مصرف کننده های الکتریکی را برآورده نماید. بنابراین همواره متناسب با نیاز کاربر، چندین تک سل را به صورت سری در کنار یکدیگر قرار می دهند که به این مجموعه، توده پیل سوختی می گویند. همواره تلاش های بسیاری جهت ساخت توده های مختلف پیل سوختی و بررسی شرایط مختلف کارکرد آن، به منظور بهینه سازی شرایط کارکرد توده و بالا بردن چگالی توان آن انجام گرفته است. در این پژوهش سعی شده که پیلی شامل 12 سل را مورد آزمایشات تجربی مختلف قرار داده و شرایط کارکرد بهینه ی آن را استخراج نماییم. در این پژوهش همچنین سعی شده تا با استفاده از کانال های باز در سمت کاتد، بتوان از هوا به جای اکسیژن خالص، در توده پیل سوختی بهره برد. همچنین سعی گشته با استفاده از مواد کامپوزیتی سبک در ساخت قطعات پیل سوختی، توده پیل سوختی را هرچه بیشتر سبک سازی نموده تا بتوان از آن در کاربرد های حمل و نقلی نیز استفاده کرد.

ماده هیدروکسیدی لایه ای فاز آلفا، نیترات هیدروکسید روی می باشد که به عنوان میزبان برای تشکیل ماده نانوهیبرید آلی-معدنی استفاده شد و آنیون های گالات و نیتروبنزوئات به عنوان مهمان با آنیون های نیترات ماده لایه ای جایگزین شدند. این مواد لایه ای با فلزات واسطه ای همچون ni، co، fe و alدوپ شدند. نانوهیبریدهای حاصل در دماهای مختلف تحت اتمسفر خنثی نیتروژن عملیات حرارتی شده و منجر به تولید مواد کربنی به همراه اکسیدهای فلزی شدند. سپس برای از بین بردن اکسید های فلزی حاصل، محصول اسید شویی شد. کاربرد ماده کربنی حاصل به عنوان الکتروکاتالیست در کاتد پیل سوختی پلیمری بررسی شد. آنالیزهای sem ,xrd ,ftir, edx برای بررسی مواد لایه ای اولیه و نانوهیبریدهای آن و آنالیزهای ولتامتری روبشی خطی، ولتامتری چرخه ای و کرونوآمپرومتری برای آنالیز الکتروشیمیایی کاتالیست ها (مواد کربنی) استفاده شد. ولتامتری چرخه ای برای نمونه کربن دوپ شده با آلومینیوم و نیتروژن نشان می دهد که این ماده فعالیت الکتروکاتالیستی مناسبی دارد. این در حالی است که پتانسیل های مدار باز بدست آمده از آنالیز lsv مقادیری در رنج v1-9/0 برای همه کاتالیست های فلزی غیر گرانبها نشان می دهد که این مقادیر به مقدار تئوری احیای پتانسیل استاندارد اکسیژن (v2/1) بسیار نزدیک می باشند.

در پیل سوختی پلیمری برای نگهداری هیدروژن و اکسیژن/هوا در ناحیه مربوط به خود، وجود واشر آب بندی در هر سل ضروری است. پایداری واشرهای آب بندی تاثیر بسیار زیادی بر روی طول عمر عملیاتی و عملکرد الکتروشیمیایی پیل سوختی می گذارد. هدف از این تحقیق یافتن ماده الاستومری مناسب جهت استفاده به عنوان آب بند در پیل سوختی پلیمری است. برای این کار چهار نوع ماده الاستومری که بهترین خواص را برای این کار داشتند، انتخاب شدند. جهت بررسی پایداری مواد در محیط پیل سوختی پلیمری، نمونه هایی از آنها به مدت 90 روز و تحت دمای عملیاتی پیل سوختی پلیمری در داخل محلول شبیه سازی شده با محیط پیل سوختی قرار گرفت و آزمایش های مختلف شیمیایی و مکانیکی بر روی آنها انجام شد. مواد انتخاب شده nitrile butadiene rubber (nbr)، fluorocarbon elastomer (fkm)، ethylene propylene diene monomer rubber (epdm) و silicone rubber (sr) بودند. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که واکنش های شیمیایی بر روی شرایط سطحی و خواص مکانیکی موادی که در محلول شبیه سازی شده غوطه ور شده بودند، تأثیر گذاشته است. تخریب شیمیایی صورت گرفته در مواد nbr و sr به صورت پاره شدن زنجیره های پلیمری در ساختار آن ها و همچنین حل شدن مواد پرکننده در داخل محیط شبیه سازی شده است. مواد fkm و epdm پایداری خوبی در محیط شبیه سازی شده داشتند. مقدار نشت پرکننده ها در این مواد بسیار کم بوده و تغییر شیمیایی عمده در ساختار آن ها مربوط به تشکیل پیوندهای عرضی است. از بین این دو ماده می توان گفت که epdm به خاطر داشتن نیروی آب بندی بیشتر و وارهیدگی تنشی کمتر که جزو مهم ترین پارامترهای موثر بر عملکرد آب بندی هستند، گزینه بهتری است. در نهایت از بین موادی که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفتند، ماده epdm به عنوان بهترین گزینه جهت آب بندی پیل سوختی پلیمری توصیه می گردد.