اشباع حصیر الیاف-پیل سوختی-10

حصیر های sPAES و sPAES/sPOSS آماده شده در مراحل قبل ،هنوز یک سری خلل و فرجی درون الیاف دارند. برای همین، همه ی سوراخ ها را با محلول پیش پلیمری بی اثر و هیدروفوب پر می کنند. یکی از این مواد چسب نوری نورلند(NOA) است. برای اشباع کردن حصیر به طور کامل در NOA 63 غرق می شود و هوای موجود در خلل ها بوسیله ی ایجاد خلا به مدت یک ساعت و دمای  درجه خارج می شود. سپس حصیر از ظرف خلا خارج می شود و سطح آن با خشک کردن از NOA  اضافی پاک می شود. در نهایت حصیر پر شده تحت تابش نور فرابنفش به مدت یک ساعت برای هر طرف،تحت محیط نیتروژن قرار می گیرد تا NOA 63 کراس لینک کند.

شکل شماتیک این عمل را در شکل 20 مشاهده می کنید.

تولید حصیر  PFSAو PFSA/sPOSS :

1. بازپخت و اتصال الیاف

حصیر الیاف نافیون و سایر الیاف این دسته پیش از متراکم شدن ، بازپخت می شوند.در حین این عمل اتصالات بین لیفی هم انجام می شود.

حصیرهای نافیون در دمای 150 درجه به مدت 30 دقیقه تحت عمل پخت قرار می گیرند. البته شرایط دمایی و زمان برای سایر حصیرها متفاوت می باشد، اما برای همه تحت شرایط خلا انجام می شود.

شرایط بازپخت در جدول 5 نشان داده شده است.

2.تراکم حصیر

در مرحله ی بعد حصیرهای PFSA and PFSA/sPOSS متراکم می شوند تا کسر حجمی آن ها افزایش یابد. حصیرها بین دو فیلم کاپتون به مدت 5 ثانیه و فشار اعمالی psi 10000 ، فشرده می شوند. تحت این شرایط، کسر حجمی حصیر از 0.3-0.40 به 0.70 -0.75 می رسد.

3.اشباع در محلول چسب نوری نورلند63

حصیرهای PFSA و PFSA/sPOSS دارای خلل و فرج هستند. برای پر کردن آن ها از مواد پیش پلیمری بی اثر استفاده می شود. برای اشباع ، حصیر را به طور کامل در NOA 63 غرق می کنند و هوای درون سوراخ ها بوسلیه ی خلا خارج می شود این عمل به مدت یک ساعت و در دمای 45 درجه انجام می شود. پس از آن سطح حصیر با خشک شدن از NOA 63 اضافه پاک می شود. و در نهایت از نور فرا بنفش به مدت یک ساعت برای هر دو طرف حصیر استفاده می شود.

خصوصیات غشاهای حصیر و کامپوزیت های نانوفایبر

1.مورفولوژی و آنالیز ابعادی الیاف

خصوصیات الیاف( مورفولوژی الیاف و پراکندگی قطر) حصیرهای نانوالیاف ، حصیرهای متراکم، حصیرهای متراکم و جوش خورده بوسیله ی اسکن میکروسکوپی بررسی می شوند.

برای مشاهده سطح مقطع عرضی یک حصیر ، پس از اینکه غشا را در نیتروژن مایع سرد کردند ، آن را برش می دهیم سپس همه ی قطعات را با پالادیم پوشش می دهند.(به ضخامت 5 نانومتر)

2.هدایت پروتون

1.هدایت پروتون در آب

هدایت پروتون محلول آبی  غشاهای کامپوزیت نانولیفی sPAES و فیلم های هموژن با تکنیک امپدانس متناوب و با استفاده از دو الکترود و یک قاب اندازه گیری می شود. پیش از اندازه گیری هدایت پروتون ، غشاها در محلول یک مولار H2SO4 در دمای اتاق به مدت 16 ساعت قرار می گیرد تا اطمینان حاصل گردد که تمام سایت های مبادله گر یون به شکل اسیدی در آیند، و سپس چند بار در آب و در طی 6 ساعت ، شسته می شود تا اسید اضافی زدوده شود . بعد نمونه در آب یون زدوده در دمای اتاق غرق می شود.

نمودار زیر رابطه ی بین کسر حجمی الیاف و هدایت پروتون را در آب و در دمای 25 درجه برای sPAES (2.5 mmol/g IEC)نشان می دهد . کسر حجمی 1 نشان دهنده فیلم هموژن sPAES (2.5 mmol/g IEC) و صفر نشان دهنده ی فیلم بدون بار است . رابطه یک رابطه ی خطی است.

همچنین در نمودار زیر رابطه ی بین هدایت پوتون و رطوبت نسبی برای غشاهای نانولیفی مختلف در دمای 30  درجه نشان داده شده است.

نمودار 4

Proton conductivity as a function of relative humidity at 30oC for the following membranes: nanofiber composite membrane with sPAES nanofibers (○), nanofiber composite membrane with sPAES/sPOSS (65/35 wt/wt) nanofibers (▼), nanofiber composite membrane with sPAES/sPOSS (60/40 wt/wt) nanofibers (▲), and Nafion® 212 (□). The fiber volume fraction of the nanofiber network composite membranes with sPAES nanofibers, sPAES/sPOSS (65/35 wt/wt) nanofibers, and sPAES/sPOSS (60/40 wt/wt) nanofibers is 0.75, 0.70, and 0.70, respectively. The IEC of sPAES is 2.1 mmol/g.

نمودار زیر رابطه ی هدایت را با دما نشان می دهد. همانگونه که مشاهده می شود با افزایش دما هدایت الکتریکی زیاد می شود.

برای دماهای بالاتر از 120 درجه دیگر افزایش هدایت نخواهیم داشت.

برای دماهای بالاتر از 120 درجه دیگر افزایش هدایت نخواهیم داشت.

نمودار زیر رابطه ی بین هدایت و قطر الیاف را برای غشای شبکه ی نانوالیاف نافیون با قطرهای 730 و 235 نانومتر  نشان می دهد. همانگونه که ملاحظه می شود تغییر قطر تاثیر محسوسی روی خاصیت هدایت پروتون ندارد.

نمودار 7 هم رابطه ی هدایت الکتریکی با دما را برای نافیون در رطوبت نسبی 50% نشان می دهد. مشخص است که با افزایش دما هدایت نیزافزایش می یابد.

در نمودار زیر هدایت الکتریکی بر حسب رطوبت نسبی ، در دمای 80 درجه و برای سه غشای نانولیفی با وزن های مختلف پلیمر PFSA ترسیم شده است. (Nafion® (1100 EW), 3M Corp. PFSA (825 EW), و 3M Corp. PFSA (733 EW)) همه این غشاها دارای کسر حجمی یکسان هستند. هرچه IEC افزایش می یابد، هدایت پروتون نیز افزایش می یابد.

---

---

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