بررسی خواص هم افزایی نانوکربنها در لایه الکتروکاتالیستی الکترود گازی نفوذی پیل سوختی پلیمری

تحقیق حاضر شامل دوبخش کلی است. یکی بررسی تاثیر نانولوله کربن چند دیواره در mpl (لایه با تخلخلهای ریز ) ؛ و دیگری بررسی تاثیر حضور نانولوله کربن چند دیواره چند دیواره در لایه کاتالیست بر کارآیی الکترودهای گازی نفوذی. در بخش اول، ابتدا میزان بهینه تفلون لازم در لایه mpl در حضور نانولوله کربن چند دیواره به دست آمد. بررسیهای ما نشان داد 30% وزنی تفلون در لایه mpl می¬تواند بهترین کارآیی و کمترین مقاومت الکترود را در پی داشته باشد. پس از تعیین مقدار بهینه تفلون به بررسی تاثیر مخلوط نانولوله کربن چند دیواره و ولکان به عنوان لایه mpl پرداختیم. که در این مطالعه، سه سری الکترود با بارگذاریهای متفاوت پلاتین و یا به عبارت دیگر با ضخامتهای متفاوت لایه کاتالیست ( 115/0، 5/0 و 1 میلی گرم بر سانتیمتر مربع) مورد بررسی فیزیکی و الکتروشیمیایی قرار گرفتند. در هر سری 6 الکترود گازی نفوذی با ترکیب درصدهای متفاوتی از نانولوله کربن چند دیواره و ولکان در لایه mpl ساخته شد و مورد بررسی قرار گرفت. بررسیهای حاصل از پروسیمتری جیوه، عبورپذیری گاز و تصاویر sem همچنین هدایت الکتریکی لایه mpl ، و مطالعه خواص الکتروشیمیایی الکترودهای گازی نفوذی (ولتامتری روبش خطی، ولتامتری چرخه¬ای، طیف سنجی امپدانس و کرونوآمپرومتری) نشان داد که تاثیر لایه mpl بر کارآیی الکترود علاوه بر خواص فیزیکی لایه mpl به ضخامت لایه کاتالیست نیز بستگی دارد، به طوریکه در الکترودهای گازی نفوذی با لایه کاتالیست نازکتر ( بارگذاری پلاتین mg.cm-2 115/0) 60% وزنی نانولوله کربن چند دیواره در لایه mpl، و برای بارگذاری پلاتین mg.cm-2 5/0، مقدار 80% وزنی نانولوله کربن چند دیواره و برای بارگذاری پلاتین mg.cm-2 1، مقدار 40% وزنی نانولوله کربن چند دیواره بهترین کارآیی را نشان دادند. و در بین همه الکترودها 80% وزنی نانولوله کربن چند دیواره در لایه mpl و بارگذاری پلاتین mg.cm-2 5/0 (gde 52) بهترین کارآیی را دارد. در بخش دوم تحقیق، از نانولوله کربن چند دیواره در لایه کاتالیست استفاده کردیم. به این ترتیب که 5 الکترود با پایه¬های متفاوت کاتالیست تهیه و مورد مطالعه قرار دادیم. می¬دانیم که برای بهبود هدایت پروتون در لایه کاتالیست نفیون به کار می¬رود؛ که این باعث بهبود کارآیی الکترود می¬شود. در این بخش از کار به بررسی تاثیر مقدارنفیون و چگونگی حضور آن در این لایه پرداختیم. در الکترودهای 1 تا 4 از کامپوزیت نانولوله کربن چند دیواره عاملدار و نفیون ( مقادیر متفاوت از نفیون 5/0، 75/0، 1 وmg.cm-2 25/1) به عنوان پایه کاتالیست و در الکترود 5 از نانولوله کربن چند دیواره عاملدار به عنوان پایه کاتالیست استفاده کردیم. نشاندن پلاتین روی این پایه¬ها با استفاده از محلول هگزا کلروپلاتینیک اسید و احیاء کننده سدیم فرمات با روش شیمیایی انجام شد. بررسیهای xrd نشان می¬دهد که احیاء پلاتین روی پایه¬های مورد مطالعه با موفقیت انجام شده و اندازه ذرات پلاتین احیاء شده در محدوده 75/0 تا nm5/3 است. ساختار الکترودها با تصاویر sem و tem مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از بررسیهای الکتروشیمیایی شامل بررسی ولتامتری روبش خطی، ولتامتری چرخه¬ای، طیف سنجی امپدانس و کرونوآمپرومتری نشان دادند که کارآیی الکترود در حالتی که کامپوزیت نانولوله کربن چند دیواره عاملدار و نفیون پایه کاتالیست بوده و مقدار نفیون mg.cm-21 است بهترین کارآیی را دارد. می¬توان بهبود کارآیی الکترود را به بیشتر بودن منطقه سه فازی ( گاز- کاتالیست- الکترولیت) و در نتیجه آن بهتر انجام شدن واکنش الکتروشیمیایی نسبت داد. در الکترود 5 ( نفیون به نانولوله کربن چند دیواره عاملدار پلاتینه شده افزوده شده است)، نفیون باعث مسدود شدن برخی از مکانهای فعال کاتالیستی شده و بهره¬وری کاتالیست و در نتیجه کارآیی الکترود را کاهش می¬دهد.