9612

بهينه سازي كاتاليست پلاتين بر روي پايه سراميكي براي پيل سوختي پليمري

كارشناسي

مهندسي مواد و متالورژي

1403

دكتر مهدي داراب، دكتر حميدرضا رضايي

1403/11/27

مهندسي مواد و متالورژي

Optimization of Platinum Catalyst on Ceramic Support for Proton Exchange Membrane Fuel Cell Applications

امروزه پيل‌هاي سوختي به عنوان يكي از فناوري‌هاي نوين توليد انرژي پاك مورد توجه قرار دارند. در اين سيستم‌ها كاتاليست‌هاي مورد استفاده، در واكنش‌هاي الكتروشيميايي، به‌ويژه واكنش كاهش اكسيژن در كاتد، نقشي كليدي ايفا مي‌كنند. پلاتين با داشتن بهترين عملكرد كاتاليستي به عنوان اصلي‌ترين كاتاليست براي اين واكنش‌ها شناخته مي‌شود، اما هزينه‌ي بالاي آن و محدوديت‌ منابع آن براي استفاده، بهينه‌سازي وكاهش مصرف پلاتين يا جايگزيني آن با گزينه‌هاي كم‌هزينه‌تر را ضروري كرده است. يكي از محدوديت‌هاي اساسي در كاتاليست‌هاي موجود، استفاده از پايه‌هاي كربني است. اين پايه‌ها به دليل آسيب‌پذيري در برابر خوردگي و اكسيداسيون در شرايط عملياتي، داراي عمر كوتاهي هستند و با كاهش عملكرد مواجه مي‌شوند. براي غلبه بر اين چالش‌ها، استفاده از پايه‌هاي سراميكي نظير تيتانيا (TiO₂) به عنوان جايگزين، مورد توجه قرار گرفته است. پايه‌هاي سراميكي از پايداري حرارتي و شيميايي بالاتري نسبت به كربن برخوردار بوده و در برابر خوردگي مقاوم‌تر هستند. اين ويژگي‌ها به افزايش طول عمر و كارايي كاتاليست‌ها كمك مي‌كند. در اين پژوهش، كاتاليست‌هاي پلاتين بر روي پايه‌ي تيتانيا سنتز شده‌اند تا محدوديت‌هاي پايه‌هاي كربني برطرف شوند. اين پژوهش همچنين پيشرفت‌هاي اخير در ساخت كاتاليست‌هاي پلاتيني و غيرپلاتيني را كه براي بهبود عملكرد و كاهش هزينه‌هاي پيل‌هاي سوختي توسعه يافته‌اند، بررسي كرده است. روش‌هاي سنتز شامل فرآيندهاي تلقيح مرطوب ، رسوب گذاري - ته‌نشيني و جذب الكترواستاتيك قوي براي پوشاندن يون‌هاي پلاتين بر روي پايه سراميكي بوده است. در نهايت كاهش يون هاي پلاتين به فلز پلاتين با استفاده از كاهنده‌ي سديم تترا هيدرو بورات (NaBH4) انجام گرديد. پس از سنتز به مشخصه يابي نمونه‌هاي سنتز شده پرداخته شد. آزمون طيف سنجي پراش انرژي پرتو ايكس براي تاييد حضور ذرات پلاتين، آزمون پراش اشعه ايكس براي شناسايي فازهاي موجود، محاسبه اندازه بلورك و كرنش شبكه، آزمون طيف سنجي مادون قرمز براي بررسي پيوندهاي موجود در نمونه‌هاي سنتز شده و آزمون توزين حرارتي براي بررسي پايداري كاتاليستي استفاده شده است.

پيل سوختي , پلاتين , تيتانيا , پايه سراميكي