تهیه و شناسایی نانوساختار های نیکل و مطالعه خواص خوردگی و مطالعه خواص الکتروکاتالیستی برخی از آنها در پیلهای سوختی

پوششهای نانوکامپوزیتهای نیکل که از فلز نیکل یا آلیاژ های آن با تنگستن، مولیبدن و یا همراه با نانوذرات جامدی چونsic، tio2، pctfe، mos2 و ... که به عنوان فاز ثانویه تقویت کننده تشکیل شده اند از خواص مکانیکی، تریبولوژیکی و مقاومت به خوردگی بالایی برخوردار بوده و به همین دلیل کاربرد های گسترده ای درصنایع مختلف دارند. بدین منظور در بخش اول کار، با استفاده از روشهای آبکاری با برق و بدون برق پوششهای نانوکامپوزیتی نیکل فوق الذکر مانند ni-p-pctfe، ni-p-tio2، ni-mo-pctfe، ni-w-sic و ni-w-mos2 ترسیب گردیده، ترکیب و شرایط بهینه حمام های پوشش دهی آنها بدست آمد. در ادامه پس از مطالعه مورفولوژی سطح، ترکیب و ساختار این پوششها، مقاومت به خوردگی این پوششهای نانوکامپوزیتی در محلول های خورنده مانند nacl %5/3 با استفاده از تکنیکهای پتانسیل مدار باز، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون تافلی مطالعه و بررسی گردید. نتایج مطالعات مورفولوژی سطح نشان داد که پوششهای نانوکامپوزیتی نسبت به پوشش ni-p، ni-mo و ni-w خالص، متراکم تر، صاف و یکنواخت تر هستند. نتایج مطالعات خوردگی نشان داد که وجود ذرات sic، tio2، pctfe و mos2 در پوششهای کامپوزیتی موجب کاهش دانسیته جریان خوردگی و افزایش مقاومت به خوردگی آنها در محلول nacl %5/3 شده است. در بخش دوم کار پژوهشی جهت مطالعه خواص الکتروکاتالیستی نانوساختارهای نیکل، ابتدا با روش پوشش دهی الکتروشیمیایی پوشش آلیاژی ni-zn با درصد بالایی از zn تهیه و پس از فرآیند همزمان زدایش انتخابی- جایگزینی گالوانیکی، زدایش انتخابی zn و دوپ شدن نانوذرات فلزات نجیب بر روی سطوح متخلخل انجام می گردد. در کار حاضر نانو ساختار های متخلخل ni، ni/pd-ni، ni/pt-ni و ni/au-ni با روش ذکر شده ایجاد گردید. در ادامه پس از مطالعه ترکیب و مورفولوژی سطح پوشش ها قبل و بعد از فرآیند زدایش انتخابی- جایگزینی گالوانیکی با میکروسکوپ الکترونی روبش (sem)، فعالیت الکتروکاتالیستی این الکترود ها برای اکسیداسیون سدیم بوروهیدرید و هیدرازین با تکنیک های مختلف الکتروشیمیایی نظیر ولتامتری چرخه ای (cv)، کرونوآمپرومتری (ca)، کرونوپتانسیومتری (cp) و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (eis) بررسی گردید. نتایج نشان داد که فرآیند زدایش انتخابی- جایگزینی گالوانیکی موجب تشکیل سطوحی بسیار متخلخل همراه با پخش نانوذرات فلزات نجیب در سطح شده است. این افزایش سطح و خواص تزاید بین نیکل و نانوذرات فلزات نجیب باعث شده است که دانسیته جریان اکسیداسیون الکتروشیمیایی سدیم بوروهیدرید و هیدرازین بر روی نانوساختار های متخلخل بسیار بیشتر از نیکل یا فلزات نجیب مسطح باشد. همچنین پتانسیل شروع اکسیداسیون سدیم بوروهیدرید و هیدرازین بر روی نانوساختار های نیکل کمتر از نیکل خالص و فلزات نجیب مسطح است. در بخش سوم کار، ابتدا طراحی و ساخت تمام اجزای تک سل پیل سوختی شامل: جمع کننده های جریان، صفحات انتهایی پیل، ماشین کاری صفحات گرافیتی فلو سوخت و اکسیدانت، دستگاه تست پیل سوختی (بار کاذب)، پمپ تزریق سوخت و اکسیدانت، پرس داغ و تهیه انواع مجموعه الکترود- غشاء در آزمایشگاه پژوهشی الکتروشیمی انجام گردیده و نهایتا مجموعه کامل تک سل پیل سوختی نصب و راه اندازی گردید. سپس شرایط لازم برای بهینه سازی افزایش توان پیل سوختی بررسی گردید. در این راستا، پس از تهیه مجموعه الکترود- غشاء با کاتالیستهای نانوساختار نیکل- پلاتین بر پایه کربن (ni-pt/c) به عنوان آند و پلاتین بر پایه کربن (pt/c) به عنوان کاتد، نقش عوامل موثری چون غلظت سوخت و اکسیدانت، دما، لودینگ (بارگذاری) فلزی کاتالیست آندی و سرعت فلوی سوخت بر راندمان پیلهای سوختی با سوخت مستقیم سدیم بوروهیدرید و هیدرازین با دو اکسیدانت مختلف هیدروژن پراکسید و اکسیژن خالص بررسی شد. نتایج نشان داد که پیلهای سوختی با سوخت مستقیم سدیم بوروهیدرید و هیدرازین از پایداری و دانسیته توانهای بالایی برخوردارند. به عنوان مثال دانسیته توانهای 119 و mw cm-2 145 بترتیب برای پیلهای سوختی با سوخت هیدرازین و سدیم بوروهیدرید بدست آمد که قابل مقایسه و حتی بیشتر از نتایج دیگران است.