الکتروریسی PFSA-پیل سوختی-9

3.الکتروریسی PFSA :

مهمترین عضو این دسته نافیون می باشد. نافیون الکتروریسی شده ی خوب تنها زمانی می تواند ایجاد شود که غلظت بالایی از کریر پلیمری به محلول الکتروریسی اضافه شود . مانند پلی اکریلیک اسید (با غلظت وزنی بالای 25%)، پلی اتیلن اکساید ( با غلظت وزنی بالای 17%)، یا پلی وینیل الکل ( با غلظت وزنی بالای 23%). زمانی که از کریر پلیمری استفاده نشود، نافیون به صورت قطره از سوزن خارج می شود.(لیف تشکیل نمی شود .) پراش اشعه ی ایکس محلول رقیق و منعقد شده نافیون در ترکیب الکل/آب نشان داد نانوالیاف نافیون قابل دسترسی نیست زیرا نافیون به صورت میسل های متراکم در محلول تبدیل می شود و تنها در صورتی که از مقدار مناسب زنجیرهای پلیمری به عنوان کریر استفاده شود ، این مشکل حل می شود.

در تمام مطالعات صورت گرفته تا کنون از ترکیب "آب و ایزوپروپانول" برای تهیه محلول استفاده شده است.

در آزمایش انجام شده در منبع این تحقیق سه پرفلوئوروسولفونیک اسید با وزن های 1100(نافیون) و 825 و 733 با کریر پلیمری پلی اتیلن اکساید (PEO) یا پلی اکریلیک اسید (PAA) الکتروریسی شدند. محلول محلول الکتروریسی نافیون بدین صورت تهیه شد: محلول 5% وزنی نافیون از شرکت سازنده خریداری شد و با تبخیر حلال 2-پروپانول/آب ( با نسبت حجمی 3/1) از آن جدا شد. پودر نافیون بدست آمده، دوباره در 2-پروپانول/آب حل شد تا غلظت نهایی نافیون به 30% وزنی رسید. PFSA با وزن ملکولی 835 اکی والان با استفاده از حلال 1-پروپانول/آب( با نسبت وزنی 2/1) تهیه شد و غلظت پلیمر آن 20.4% وزنی بود . محلول PFSA با وزن ملکولی 733 اکی والان هم با غلظت وزنی 42.5% آماده شد.

در ادامه کریر پلیمری (PEO یا PAA) در حلال های گفته شده حل می شوند تا به غلظ 10% وزنی برسند. بعد محلول PFSA و محلول 10% وزنی PEO یا PAA با هم ترکیب شدند. نسبت وزنی PFSA به کریر پلیمری از 50/50 تا 1/99 برای PFSA/PEO و 50/50 تا1/95 برای PFSA/PAA بدست امد. غلظت هایی پلیمر (or PFSA+PAA PFSA+PEO ) در هر کدام از محلول های PFSA/PEO یا PFSA/PAAاز 5 تا 25 درصد وزنی بود. محلول ترکیبی نافیون( با وزن 1100 اکی والان) و PEO ( با وزن ملکولی 300000) با نسبت وزنی 99 به یک با غلظت پلیمر 5 تا 25 درصد الکتروریسی شد. ولتاژ اعمالی بین درام آلومینیومی و اسپینرت 6 تا 7.5 کیلو وات بود . فاصله ی اسپینرت تا کلکتور 8 سانتی متر و نرخ جریان محلول هم 0.20 میلی لیتر بر ساعت بود.

محلول ترکیبی PFSA با وزن 825 اکی والان و PEO، با غلظت پلیمر 5 تا 15 درصد وزنی و نسبت وزنی 50/50 تا 1/99 برای PFSA/PEO تحت این شرایط الکتروریسی شد: ولتاژ اعمالی 4 تا 12 کیلووات و فاصله 8 سانتی متری اسپینرت تا کلکتور و نرخ جریان0.15 میلی لیتر در ساعت .

محلول PFSA با وزن 733 اکی والان و PEO (وزن مولکولی 1000000) و با نسبت وزنی1/99 با درصد وزنی مجموع 5 تا 25 درصد پلیمر تحت این شرایط الکروریسی شد : ولتاژ 8 تا 12کیلووات ، فاصله ی 6 سانتی متری اسپنرت تا کلکتور و نرخ جریان mL/hr 0.30 . سرعت چرخشی درام 1000 دور بر دقیقه و سرعت حرکت جانبی هم cm/s 25 برای همه ی محلول های PFSA مورد آزمایش بود.

3.الکتروریسی PFSA/sPOSS با کریر پلیمری

الکتروریسی PFSA (825 EW)/sPOSS ( اکی والان EW=) با دو نسبت وزنی مختلف (25/70 و 35/60) برای ترکیب PFSA/sPOSS و نسبت وزنی 5% پلی اکریلیک اسید( PAA به عنوان کریر) مورد مطالعه قرار گرفت. PAA به این دلیل مورد استفاده قرار گرفت که PFSA درگیری لازم بین زنجیرهای پلیمری برای الکتروریسی را ندارد. حلال الکتروریسی ترکیب 1-پروپانول/آب با نسبت وزنی 2/1 بود. PAA بر PEO ترجیح داده می شود زیرا sPOSS در محلول PFSA/sPOSS/PEO ته نشین می شود. ترکیب دو محلول الکتروریسی در جدول 3 آمده است. برای تهیه ی محلول الکتروریسی ، PFSA (825 EW)و sPOSS و PAA به طور جداگانه در حلال (1-پروپانول/آب) حل شدند. ترکیب هر محلول بدین صورت بود: 30 wt% PFSA و 50 wt% sPOSS و 10 wt% PAA .

محلول 30 wt% PFSA/sPOSS/PAA با نسبت وزنی اجزای 5/25/70 از ترکیب 2.33 گرم محلول PFSA و 0.50 گرم محلول sPOSS و 0.50 گرم محلول PAA ساخته شد.

محلول 30 wt% PFSA/sPOSS/PAA با نسبت وزنی اجزای 5/35/60 از ترکیب 2.00 گرم محلول PFSA و 0.70 گرم محلول sPOSS و 0.50 گرم محلول PAA و 0.13 گرم حلال اضافی ، ساخته شد.

شرایط الکتروریسی بدین شرح است : ولتاژ اعمالی بین کلکتور و سوزن بین 12 تا 15 کیلووات، فاصله ی بی اسپینرت تا کلکتور 8 سانتی متر و نرخ جریان سیال mL/hr 0.15 . سرعت گردش درام 1000 دور در دقیقه و سرعت نوسان جانبی آن cm/s 25 .

آماده سازی غشا

Membrane Preparation – Post Treatments of Fiber Mats

کسر حجمی تمام حصیرهای نوریس، فقط 0.11 تا 0.20 است که این مقدار برای استفاده در پیل سوختی مناسب نیست. برای افزایش فازهای هادی الکترون در غشای نهایی و ایجاد اتصال درونی بین الیاف هادی، عملیات تراکم حصیر و اتصال الیاف انجام می شود. سپس خلل و فرج درونی الیاف توسط یک پلیمر بی اثر پر می شود تا شبکه ای بی نقص و کاملا متراکم از الیاف نانو حاصل گردد.

فرآیند ایجاد حصیر sPAES and sPAES/sPOSS

1. تراکم حصیر

حصیرهای الکتروریسی شده ی sPAES و sPAES/sPOSS به صورت مکانیکی و در بین دو لایه فیلم های کاپتون (Kapton) تحت فشار قرار می گیرند. این فشار توسط پرس های هیدرولیکی تامین می شود . نمونه ای از این پرس ها را در شکل 19 می بینید.

در آزمایش انجام شده ، فشار اعمالی بین 700 تا psi 13000و زمان اعمال 3 دقیقه بود. رابطه ی کسر حجمی الیاف با فشار اعمالی در نمودار 2 نشان داده شده است. به عنوان مثال فشار psi 700 چگالی حصیر را از 0.2 به 0.3 می رساند در حالی که در فشار psi 13000 چگالی 0.64 است.

چگالی حصیر ( یا کسر حجمی الیاف ) از تقسیم چگالی حصیر به چگالی فیلم همگن همان پلیمر به دست می آید.

حصیرهای sPAES پیش از انجام فرآیندهای حصیری بیشتر در دمای اتاق به مدت 16 ساعت خشک می شوند. حصیرهای الکتروریسی شده ی sPAES/sPOSS آبدوستی بیشتری نسبت به sPAES دارند ، بنابراین این ها در دمای 80 درجه ی سانتی گراد و به مدت 16 ساعت خشک می شوند.

2. ایجاد اتصال درون لیفی

حصیر نانولیف متراکم شده در قالب های مستطیلی محکم می شوند. نانوالیاف sPAES در حصیر متراکم بوسیله ی قرار گرفتن در بخار دی متیل فرمالدهید(DMF) (در دمای 25 درجه به مدت 7 تا 18 دقیقه)، در نقاط فصل مشترک با هم اتصالاتی مثل جوش خوردن انجام می دهند. حصیر د بالای محلول DMF، روی نایلون مشبک قرار می گیرد . پس از اتصال چگالی حصیر به طور محسوسی افزایش یافت و از 0.30به 0.41 و از 0.64 به 0.73 رسید.

نانوالیاف sPAES/sPOSS در حصیر متراکم توسط قرارگرفتن حصیر در 2-بوتوکسی اتانول در ظرف سربسته و به مدت 30 دقیقه در دمای 25 درجه ،به هم جوش می خورند. پس از اتصال ، کسر حجمی حصیر sPAES/sPOSS بین 0.7 تا 0.75 بود.(قبل از آن 0.6 بود)

در جدول 4 شرایط اتصال درون لیفی در آمده است.

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