تولید و ارزیابی خصوصیات غشای الکتروریسی شده تعویض آنیونی برای پیل های سوختی مستقیم الکلی

در طی سالیان اخیر پیل های سوختی به عنوان گزینه ای نوید بخش در جهت تأمین نیازهای انرژی آینده با آلایندگی ناچیز محیط زیست مورد توجه قرار گرفته اند. اخیراً در میان انواع مختلف پیل سوختی، پیل های سوختی مستقیم الکلی به واسطه ی پتانسیل کاربردی بالایشان در تجهیزات الکترونیکی و منابع توان الکتریکی نظیر گوشی و رایانه های همراه و مصارف نظامی توجه بسیاری را به خود مبذول داشته اند. این نوع پیل های سوختی مزایایی نظیر ساختار متراکم، وزن سبک، دانسیته توان بالا و استفاده از سوخت مایع الکلی را دارند که ذخیره و نقل و انتقال آن آسان انجام شده و قابلیت کاربرد در دما و فشار محیط را دارد. در تحقیق حاضر در مرحله اول نانوالیاف پلی وینیل الکل/ تیتانیوم اکسید (pva/tio2) از طریق دیسپرس نمودن نانوذرات تیتانیوم اکسید (با درصدهای وزنی مختلف) در محلول آبی پلی وینیل الکل به روش الکتروریسی تولید شدند. مطالعات مورفولوژیکی نانوالیاف pva/tio2 با به-کارگیری میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام و ساختار فاقد بید و یکنواخت نانوالیاف حاوی نانوذرات تیتانیوم اکسید تأیید شد. مشخص شد که میانگین قطری نانوالیاف به دلیل افزایش ویسکوزیته ی محلول الکتروریسی و تقریباً بی تغییر ماندن هدایت آن، با افزایش محتوی نانوذرات فزایش می یابد. در مرحله ی بعد به منظور افزایش پایداری شیمیایی، ثبات ابعادی و مقاومت حرارتی غشاهای نانولیفی الکتروریسی شده با هدف کاربرد آن ها به عنوان غشای الکترولیت پلیمری جامد در پیل های سوختی مستقیم اتانولی آلکالین، از گلوتارآلدهید (ga) به عنوان کراسلینک کننده ی شیمیایی استفاده شد. با افزایش غلظت محلول ga و افزایش زمان انجام کراسلینک شیمیایی در تهیه ی غشاها، میزان برداشت آب، درصد کاهش وزن و تغییرات ابعادی آن ها کاهش پیدا نمود. هدایت آنیونی غشاهای کراسلینک شده در محلول هایی با غلظت های مختلف قلیا در دمای ? 25 به وسیله ی روش طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که در حضور غلظت های بالاتری از tio2 هدایت آنیونی غشاها افزایش یافته و با افزایش غلظت محلول ga و یا افزایش زمان کراسلینک شیمیایی، هدایت آنیونی غشاها در هر یک از محلول های مورد بررسی کاهش می یابد. به علاوه هدایت آنیونی هر یک از غشاهای نانولیفی الکتروریسی شده، در محلول قلیایی با افزایش غلظت محلول قلیایی افزایش می یابد. بر اساس مطالعات پراش پرتو ایکس با اضافه شدن نانوذرات tio2 به ماتریس الکتروریسی شده ی pva، محدوده ی مناطق آمورف گسترش پیدا می کند. همچنین الگوهای پراش پرتو ایکس نشان می دهند که با افزایش غلظت محلول گلوتارآلدهید یا افزایش زمان کراسلینک در نمونه غشاهای کراسلینک شده محدوده ی مناطق آمورف تقریباً بی تغییر باقی می ماند. نتایج تجزیه ی گرما وزنی نشان داد که پایداری حرارتی غشاهای نانولیفی الکتروریسی شده در نتیجه ی تأثیر افزودن نانوذرات تیتانیوم اکسید و نیز واکنش کراسلینک شیمیایی بینpva و ga بهبود پیدا می نماید. همچنین از طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه جهت تشخیص و تأیید حضور گروه های عاملی ویژه در مواد شیمیایی به کار رفته در این تحقیق استفاده شد. با توجه به نتایج به دست آمده در رابطه با هدایت آنیونی، پایداری شیمیایی، ثبات ابعادی و مقاومت حرارتی غشاهای نانولیفی الکتروریسی شده ی pva/tio2، این غشاها از پتانسیل لازم جهت کاربرد به عنوان غشای تبادل آنیون در پیل های سوختی مستقیم الکلی برخوردارند.