Skip to main content
SUPERVISOR
محمد ژیانی (استاد راهنما) سعید اصلان زاده (استاد مشاور)
 
STUDENT
NAFISEH SALEHI NAJAFABADI
نفیسه صالحی نجف آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
A PEFC that utilizes a borohydride compound, usually sodium borohydride in aqueous alkaline medium, directly as a fuel is termed as direct borohydride fuel cell (DBFC). A DBFC is a device that converts chemical energy stored in borohydride ion ( ) and an oxidant directly into electricity by redox processes. Usually, a DBFC employs an alkaline solution of sodium borohydride (NaBH 4 ) as fuel and oxygen as oxidant. DBFC has some attractive features such as high open circuit potential, low operational temperature and high power density. The DBFC is a promising power system for portable applications. Sodium borohydride (NaBH4), which has a capacity value of 5.67 Ah g -1 and hydrogen content of 10.6 wt.%, is a good alternative to methanol and hydrogen as a fuel. In the recent years, extensive research work is being carried out and reported on improving the performance of nanocatalysts for both anode and cathode of fuel cells. In this thesis the single cell performance of carbon supported non-platinum electrocatalyst (Hypermec TM K 14 ) as cathode material was investigated in alkaline electrolyte borohydride fuel cells and compared to that of 10% Pt/C (commercial). The structural and electrochemical aspects of the Hypermec TM K 14 and 10% Pt/C (commercial) electrocatalysts were further investigated. X-ray diffraction (XRD) indicates the Pt and K 14 particles average size is lesser than 20 nm. Scanning electron microscopy (SEM) shows the spherical shape of Pt and K 14 particles and distributed homogeneously across the substrate matrix. The Hypermec TM K 14 cathode showed superior performance to that observed using the 10% Pt/C cathode, e.g. power density up to 138 mWcm -2 . Cyclic voltammetry data exhibit the better borohydride tolerance for K 14 and Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analyses demonstrated that the cell with K 14 nanocatalyst showed not only low ohmic resistance but also small charge and mass transfer resistances. The difference in performance can be attributed to variations in activity towards oxygen reduction reaction and in borohydride tolerance among the cathodes.
انواع پیل‌های سوختی که در دمای پایین مورد استفاده قرار می‌گیرند، 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 گرفته‌اند. پیل‌های سوختی هیدروژنی یکی از این جایگزین‌ها است. علیرغم کارایی مناسب این پیل‌ها، محدودیت‌های عمده‌ای در ذخیره‌سازی و انتقال هیدروژن وجود دارد و همچنین هزینه‌ی تولید پیل‌های سوختی هیدروژنی بسیار زیاد است. سوخت‌های زیادی از جمله متانل، اتانل، پروپانل، اسید فرمیک و... به جای هیدروژن مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این سوخت‌های آلی عموماً دارای فعالیت کم هستند، سمی‌اند و بازده اکسیداسیون آن‌ها کم است. سدیم بوروهیدرید، به طور ذاتی دارای دانسیته‌ی انرژی بالایی می‌باشد، به دلیل مایع بودن، راحت ذخیره می‌شود، از لحاظ شیمیایی، پایدار و غیر قابل اشتعال است و نهایتاً طی واکنش، محصول آلوده کننده‌ای مثل CO 2 را تولید نمی‌کند. بنابراین پیل سوختی بوروهیدرید مستقیم می‌تواند گزینه‌ی خوبی برای تحقیق در بین پیل‌های سوختی باشد. در سال‌های اخیر تحقیقات گسترده‌ای برای بهبود نانوکاتالیست‌های 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 دانسیته‌ی توان با استفاده از این سوخت در پیل سوختی بوروهیدرید مستقیم با نانوکاتالیست کاتدی اکتا و نانوکاتالیست پلاتینی به ترتیب mW/cm 2 138 و mW/cm 2 50 به دست آمد. سپس برای بررسی علت عملکرد این دو کاتالیست کاتدی، خواص فیزیکی و همچنین مورفولوژی نانو ذرات آن از روش‌های ارزیابی پلاریزاسیون، ولتامتری چرخه‌ای، امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، میکروسکوپ الکترونی (SEM) و پخش اشعه‌ی ایکس (XRD) استفاده شد. نتایج پخش اشعه‌ی ایکس، نوع و اندازه‌ی 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 وسیله‌ی آزمایش ولتامتری چرخه‌ای جریان‌های ناشی از اکسایش بوروهیدرید در حضور این دو نانوکاتالیست کاتدی اندازه‌گیری شد. جریان تولید شده با نانوکانالیست غیر پلاتینی کمتر از A/cm 2 2/0بود در صورتی که این جریان در حضور نانوکاتالیست پلاتینی A/cm 2 5/1 بدست آمد که دلیل آن را می‌توان به میزان حساسیت قابل ملاحظه‌ی نانوکاتالیست غیر پلاتینی در مقابل میان‌عبور بوروهیدرید ربط داد. آزمایش اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی برای بررسی مقاومت‌ها در مناطق مختلف پلاریزاسیون به کار گرفته شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی