غشاهای مرکب تقویت شده -پیل سوختی-6

3.غشاهای مرکب تقویت شده Reinforced Composite Membranes

با استفاده از پلیمرهای سولفونه و مواد تقویت کننده ی بی اثر ، غشاهایی با استحکام مکانیکی خوب و هدایت پروتون بالا ساخته شده است . این مواد مرکب با نام های تجاری GORE-SELECT و DSM به بازار عرضه شده اند. غشاهای GORE-SELECT بوسیله ی وارد کردن رزین های  PerFluoroSulfonic (PFSA)Acid در خلل و فرج پلی تترافلوئورواتیلن متخلخل PTFE (PolyTetroFluoroEthylene) بدست می آید. تقویت PTFE در غشاهای GORE-SELECT نقش بسیار مهمی در افزایش استحکام غشا دارد.

غشاهای مرکب چندین مزیت مهم دارند : مرکب سازی موجب افزایش اسحکام مکانیکی غشای خشک و افزایش ثبات ابعادی در غشاهای تر می شود.( به عنوان مثال تورم ابعادی در این غشاها 20 تا 50 درصد کمتر از نافیون در دمای 25 درجه در آب است .) این غشاها براحتی قابل اسفاده هستند و در ضخامت های 5 تا 20 میکرون در دسترس می باشند. در تست های ماندگاری انجام شده ( در شرایط ثابت دمای 95 درجه ، رطوبت نسبی 75 درصد و فشار psig 15) غشای GORE-SELECT 2 تا 4 برابر عمر بیشتری نسبت به نافیون داشتند.(800 تا 1600 ساعت به 400 ساعت )

کمپانی Giner نوع جدیدی از غشاهای مرکب به نام غشای پایدار ابعادی (Dimensionally Stable Membrane (DSM)) را معرفی کرد .این غشای جدید بوسیله نفوذ رزین های PFSA درون منافذی که توسط لیزر در سطح غشای پلی آمید ایجاد شده است، به دست می آید. شکل 12 سطح غشای سوراخ شده با لیزر و مقطع عرضی غشای مرکب را نشان می دهد.

شکل12) تصویر SEM سطح غشای سوراخ شده(چپ)
برش عرضی غشای مرکب(راست)

غشاهای DSM ، دوام مکانیکی عالی دارند و در مقایسه با نافیون ، هم خواص مکانیکی و هم انتقال پروتون بهتری دارند. به عنوان مثال در یک آزمایش، هدایت پروتون غشای مرکب DSM ، 2.4 مرتبه بیشتر از نافیون 212 در شرایط دما و رطوبت یکسان بود.( دما 120درجه و رطوبت 95 درصد )

نشان داده شد که هدایت پروتون محلول یونی درون حصیر تهیه شده از نانوالیاف نافیون الکتروریسی شده سه برابر هدایت پروتون بیشتری نسبت به فیلم نافیون متراکم دارند.  این کامپوزیت ها در ابتدا جهت مبدل های الکتروشیمیایی نامزد شدند. دانشمندان همچنین حصیرهایی از نانوالیاف مخلوط نافیون و پلی وینیل الکل تولید کردند و مشاهده نمودند رسانایی ظاهری حصیر نصف فیلم همان مخلوط پلیمر بود، البته به این نکته هم باید توجه کرد که  جرم حصیر 4 برابر کمتر از فیلم بود. همچنین مشاهده شد حصیرهای نانوالیافی که شامل الیاف دانه دانه می باشند هدایت بسیار بیشتری نسبت به فیلم ها و حصیرهای الیاف بدون دندانه از خود نشان می دهند.

غشاهای شبکه ای نانوالیاف کلاس جدیدی از  غشاهای تبادل پروتون هستند . در این غشاها ابتدا یک مدل سه بعدی از شبکه ی نانوالیاف در نظر گرفته می شود و سپس نانوالیاف پلیمری به صورت حصیر الکتروریسی می شود و سپس خلل و فرج الیاف درون حصیر توسط پلیمر ناتراوا پر می شود . شکل 13 تصویری از غشای کامپوزیت شبکه ی نانوالیاف را برای پیل سوختی هیدروژن نشان می دهد.

شکل 13 تصویری از غشای شبکه ای نانوالیاف.

a) پلیمر بی اثر
b)الیاف الکتروریسی شده با قابلیت انتقال پروتون
c)نانوالیاف مرکب با زنجیرهای پلیمری سولفنه

برای درست کردن حصیر دو مرحله داریم ، مرحله اول تراکم حصیر است تا کسر حجمی الیاف افزایش یابد مرحله دوم جوش دادن الیاف درون حصیر می باشد. فضاهای خالی بین الیاف توسط پلیمر بی اثر و بدون شارژ پر می شود. این کار برای ایجاد غشای تبادل پروتون نامتخلخل و بی نقص با خواص فیزیکی  مناسب در حالت های تر و خشک ، الزامی 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