استفاده از نانوالیاف پلی وینیل الکل به عنوان تقویت کننده-13

استفاده از نانوالیاف پلی وینیل الکل به عنوان تقویت کننده ی نافیون

از دیگر موارد کاربرد نانوالیاف، استفاده از آن ها به عنوان تقویت کننده ی غشاهای پلیمری است. در زیر استفاده از نانوالیاف پلی وینیل الکل که از نانوفیبرهای بسیار پرکاربرد است برای تقویت نافیون، بررسی شده است.

غشاهای پرسولفونیک اسید هیدراته شده از قبیل Nafion عمدتا به عنوان الکترولیت در پیل های سوختی با سوخت هیدروژنی مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع از غشاها ترکیب خوبی از نظر خواص مکانیکی و پایداری حرارتی با نسبت رسانایی پروتونیک بالا تحت شرایط رطوبتی بالا هستند.پیل سوختی متانول مستقیم از گزینه های محتمل به عنوان منبع انرژی برای وسایل قابل حمل است.سوخت گیری مجدد آسان و ظرفیت ذخیره انرژی بالا از امتیازات پیل سوختی متانول مستقیم است.با این حال استفاده از غشای Nafionبرای پیل سوختی متانول مستقیم (DMFC)باعث ایجاد مشکلاتی به سبب crossover شدن سوخت و کاهش عملکرد پیل سوختی می شود. که این مستلزم استفاده از غشاهای ضخیم تر است.

پیشنهادهای بسیاری بر روی توسعه غشاهای گران با دوام کمتر تمرکز یافته اند که عملکرد خروجی آنها مشابه و یا بالاتر از آنچیزی است که برای غشاهای بر مبنای پلی الکترولیتهای پرسولفونیک اسید گزارش شده است. پلی وینیل الکل ها پیشنهادی هستند برای ترکیب با غشاهای Nafionکه بدین ترتیب crossover شدن متانول در غشاها تقلیل می یابد.با این حال زمانیکه مقدار پلی وینیل الکل در ترکیب افزایش پیا کند رسانایی پروتون کاهش می یابد.

غشاهای کامپوزیتی با ضخامت مابین 19 و 97 میکرومتر و محتوی سولفونات تترا فلوئورو اتیلن (Nafion) نفوذ شده در پوشش متخلخلی که از الکتروریسی محلول آبی پلی وینیل الکل (PVA) به دست می آید،قابلیت غشا را در پیل سوختی تقویت می کند. این پوشش ترکیبی از نانوالیاف پلی وینیل الکل با قطر بین 200 تا300 نانومتر است که این عاملیتی است در سطح خارجی با گروه سولفونیک اسید که به رسانایی پروتونی سولفونات تترا فلوئورواتیلن( Nafion) کمک می کند.

رسانایی پروتون غشای کامپوزیتی با ضخامت 47 میکرومتر با اسپکتروسکوپی امپدانس درحدود 0.022 S/cm در دمای 70 درجه با آب هیدراته اندازه گیری شد.این عدد از رسانایی اندازه گیری شده برای غشای پوشش Nafion با همان شرایط اولیه و ضخامت 46 میکرومتر پایین تر بوده و در حدود 0.032 S/cm است.از رسانایی پروتون یکسری از غشاها با پوشش Nafion با ضخامت های شبیه به غشاهای کامپوزیتی دریافت شد که یک رابطه خطی بین ضخامت هایشان وجود دارد.این درحالیست که در غشاهای کامپوزیتی نانو الیاف و Nafion این رابطه خطی وجود ندارد.

و این به سبب ناهمگن بودن ترکیب است. با این حال غشای کامپوزیتی با ضخامت 47 میکرومتر ماکزیمم پیک رسانایی را در تمام رنج یا محدوده دمایی ثبت کرده است. برای انرژی فعال سازی ذاتی غشای Nafion در شرایط فول هیدراته 7 کیلو ژول بر مول تخمین زده شده است.

به منظور رسیدن به اثر موثر باید دیسپرسیونی از فلزات با جزء اکسیدی مثل SiO2, TiO2, ZrO2 و زیرکونیم فسفات در غشاهای اسیدی به کار می برند.این مواد پرکننده هم نگهداری آب و هم پایداری حرارتی را افزایش می دهند.

استراتژی دیگری که باعث بهبود عملکرد پیل سوختی پلی الکترولیت و پیل سوختی متانول مستقیم می شود آماده کردن غشای تبادلگر کاتیون پیوندی است که محتوی گروههای یونی مواد پرکننده غیر آلی است. در اصل مواد پرکننده دارای گروههای دو عاملی هستند که نگهداری آب و توانایی تبادل یون غشاها را افزایش می دهد.این دو خاصیت رسانایی پروتون را افزایش می دهند.در غشاهای با توانایی تبادل یون بالا جداسازی قسمت هیدروفیلیک از هیدروفوبیک به وسیله یک مسیر تراوش برای انتقال پروتون آسان است. وجود مواد پرکننده غیر آلی یونی در جدا کردن قسمت هیدروفیلیک از هیدروفوبیک ممکن است یک راه اضافی برای انتقال پروتون فراهم کند.

نانو الیاف پلی وینیل الکل به روش الکتروریسی از محلول آبی یک پلیمر به همراه یک سطح فعال کاتیونیک به دست می آید.سطح خارجی پلی وینیل الکل با گروههای سولفونیک اسید نیز رسانایی پروتونی غشا را افزایش می دهد .غشاهای کامپوزیتی با نفوذ پلیمر به ساختار متخلخل نانو الیاف در طی مراحل مرطوب کردن و تبخیر به دست می آید .

منابع:

1.NANOFIBER NETWORK COMPOSITE MEMBRANES FOR PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS , JONGHYUN CHOI, January, 2010,

2. Fabrication of a carbon nanofiber sheet as a micro-porous layer for proton exchange membrane fuel cells , Qiongjuan Duanb, Biao Wanga,b,∗, Jiong Wangb, Huaping Wanga,b, Yonggen Lub , Journal of Power Sources, 2010

3. FUEL CELL RESEARCH PRIORITIES, Suha Yazici, INTERNATIONAL CENTRE FOR HYDROGEN ENERGY TECHNOLOGIES,2010

4. Hydrogen Technology Projects for Clean Future Dr. Mustafa Hatipoglu, INTERNATIONAL CENTRE FOR HYDROGEN ENERGY TECHNOLOGIES,2011

5. HTTP://WWW.NIAZEMARKAZI.COM/ARTICLE/PDF/10004157.HTML

6. Nanofiber-based polyelectrolytes as novel membranes for fuel cell applications , Iman Shabania,b, Mohammad Mahdi Hasani-Sadrabadia,c, Vahid Haddadi-Asla,∗, Masoud Soleimanid, Journal of Membrane Science,2010

7. Polyvinyl alcohol nanofiber reinforced Nafion membranes for fuel cell

Applications , Sergio Mollلa,b, Vicente Compa˜, Journal of Membrane Science, 2011

8. ارائه مدلی دقیق برای پیل سوختی الکترولیت پلیمری با در نظرگرفتن اثر دما، عباس مولوی داریانی حسن رستگار، علی اصغر قدیمی، دانشکده مهندسی برق-دانشگاه صنعتی امیرکبیر ) قطب علمی قدرت ایران)تهران ،بیست و دومین کنفرانس بین المللی برق تهران 2007

بعد<<صفحه>>قبل
1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13

درمورد کاربرد نانوالیاف در پیل سوختی بیشتر بخوانید:

>>روش تولید الکترولیت متخلخل بر پایه نانوالیاف کربن برای استفاده در پیل سوختی پلیمری

>>Nanofiber Network Composite Membranes for Proton Exchange Membrane Fuel Cells

مهندسی نساجی گیلان:. گیل تکس

مهندسی نساجی گیلان:. گیل تکس

درباره من

تقویم