شماره ركورد
34456
پديد آورنده
فاطمه هدايتي نسب
عنوان
ساخت و مشخصه يابي آند پيل سوختي الكلي قليايي بر پايه الكتروكاتاليزگرهاي آلياژ تنگستن
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
شيمي
سال تحصيل
1396
تاريخ دفاع
1404/8/28
استاد راهنما
علي غفاري نژاد
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
شيمي
چكيده
يكي از فناوري¬هاي جديد دنياي امروز سامانه¬هاي حمل و نقل نوين و مطمئن هستند كه با صرف انرژي و هزينه كم و بدون آسيب به طبيعت بتوانند استفاده شوند. پيل¬هاي سوختي الكلي با استفاده از سوخت¬هاي تجديدپذير مانند اتانول از طريق واكنش¬هاي الكتروشيميايي مستقيما انرژي الكتريكي توليد مي¬كنند و محصولات نهايي آن¬ها گاز كربن دي اكسيد (با اكسايش در آند) و آب (با كاهش اكسيژن در كاتد) است. به همين دليل جايگزين خوبي براي موتورهاي بنزيني هستند و مشكلات ناشي از سوخت¬هاي فسيلي را ندارند. براي توسعه پيل هاي سوختي اتانولي هنوز چالش هايي وجود دارد كه مانع توسعه گسترده آن¬ها شده است. ساخت سلول¬هاي اتانولي با توان خروجي بالا، با مصرف كاتاليزگرهاي فلزات نجيب (Pt, Pd) پرهزينه است. پايداري كاتاليزگر در تماس طولاني با سوخت و تركيبات آن علاوه بر فعاليت بالا چالش ديگري است كه تحقيقات زيادي در اين راستا صورت گرفته است. با توجه به چالش هاي پيش روي پيل هاي سوختي الكلي، در اين رساله ارزيابي عملكرد الكترود آند بر پايه كاتاليزگرهاي در دسترس و ارزان مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته است. عملكرد آلياژ نيكل تنگستن بر روي بستر فولاد st37 (NiW/CS) با بهينه سازي شرايط موثر در الكترونشانش، براي اكسايش اتانول آزمايش شد. اثر هم افزايي نيكل و تنگستن موجب افزايش فعاليت كاتاليزگري و پايداري الكترود آند در واكنش اكسايش اتانول شد. چگالي جريان mA. cm-2 160 در پتانسيل V vs. Ag/AgCl 7/0 در الكتروليت EtOH M 2 + NaOH M 1 با پايداري 2000 چرخه، از نتايج حاصل شده بهينه سازي آلياژ NiW/CS است كه نشان¬دهنده پايداري خوب كاتاليزگر در چگالي جريان بالا است. همچنين انتخاب سنتز الكترونشانش روشي مقرون به صرفه، سريع و دوست دار محيط زيست در تهيه و حتي بازيابي كاتاليزگرها است. براي افزايش بازده فعاليت كاتاليزگر، بستر فوم نيكل با مساحت سطح قابل توجه آماده شد كه براي افزايش سطح و مكان¬هاي فعال آن، تشكيل نانولوله هاي نيكل (NiNT) مورد بررسي قرار گرفت. همچنين الكترونشانش نيكل هگزاسيانوفرات (NiHCF) بر روي بستري از فوم نيكل با آرايه¬هايي از NiNT با نام NiHCF@NiNT انجام شد و عملكرد آن در اكسايش اتانول مورد بررسي قرار گرفت. همچنين، كاتاليزگر Ni@Ni-N/Fe-NC تشكيل شده طي عمليات پيروليز به عنوان الكترود كاتد در واكنش¬هاي كاهش اكسيژن مورد بررسي قرار گرفت. از اكسايش اتانول بر روي الكترود NiHCF@NiNT چگالي جريان mA. cm-² 500 در پتانسيل V vs Ag/AgCl99/0 با پايداري 600 چرخه به دست آمد. همچنين، از عملكرد كاتاليزگر Ni@Ni-N/Fe-NC در كاهش اكسيژن نيز نتايج خوبي حاصل شد. شاخص¬هاي پتانسيل شروع (Eonset) و پتانسيل نيمه موج (E1/2) به ترتيب 76/0 و 90/0 ولت به دست آمد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/12
عنوان به انگليسي
Construction and characterization of alkaline alcohol fuel cell based on tungsten alloy as anode electrode
تاريخ بهره برداري
11/21/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فاطمه هدايتي نسب
چكيده به لاتين
Todayʹs world is a stage for new technologies and is evolving day by day as scientistsʹ knowledge and skills become more practical. One of the new technologies in todayʹs world is modern and reliable transportation systems that can be used with low energy and cost and without harming the environment. Alcohol fuel cells directly produce electrical energy using renewable fuels such as ethanol through an electrochemical reaction, and their final products are CO2 (by EOR at the anode) and H2O2 (by ORR at the cathode). For this reason, they are a good alternative to internal combustion engines and do not have the problems caused by fossil fuels. There are still challenges for the development of ethanol fuel cells that have prevented their widespread development. The construction of ethanol fuel cells with high output power, using noble metal electrocatalysts (Pt, Pd) is expensive. High electrocatalytic activity if maintained and sustained is another challenge that has been the subject of much research in this direction. Considering the challenges facing alcohol fuel cells, in this project, the evaluation of anode electrode performance based on available and cheap electrocatalysts has been studied and investigated. Nickel tungsten alloy on steel substrate (NiW/CS) was studied by optimizing the effective parameters in NiW layer deposition for EOR. The synergistic effect of Ni and W increased the electrocatalytic activity and stability of the anode electrode in alkaline media for EOR. Current density of 160 mA. cm-2 at a potential of 0.7 V vs. Ag/AgCl in 1M NaOH + 2M EtOH electrolyte with a stability of 2000 cycles, the results of the optimization of the NiW/CS alloy layer deposition indicate good stability of the electrocatalyst at high current density. Also, electrochemical layer deposition is a cost-effective, fast and environmentally friendly method. To increase the efficiency of electrocatalytic activity, a nickel foam substrate with a significant surface area was selected and to increase the electrocatalyst surface area and its active sites, the formation of nickel nanotubes (NiNTs) was investigated. The electrocatalyst nickel hexacyanoferrate (NiHCF) was deposited on a substrate of nickel nanotubes (NiNT) formed on nickel foam, named NiHCF@NiNT, for EOR and its performance was investigated. The performance of the electrocatalyst NiHCF@NiNT with its pyrolysis in the presence of melamine, named Ni@Ni-N/Fe-NC, was also investigated as a cathode electrode in ORR. Ethanol oxidation on the NiHCF@NiNT electrode showed a current density of 500 mA. cm-² at a potential of 0.99 V vs Ag/AgCl and a stability of 600 cycles. The performance of the pyrolyzed electrocatalyst (Ni@Ni-N/Fe-NC) in oxygen reduction also showed good results. The onset potential (Eonset) and half-wave potential (E1/2) were 0.90 and 0.76 V, respectively, which will be better with the optimization of the electrocatalyst.
كليدواژه هاي فارسي
پيل سوختي اتانولي مستقيم، اكسايش اتانول، كاهش اكسيژن، نانولوله هاي نيكل، آلياژ تنگستن
كليدواژه هاي لاتين
Direct ethanol fuel cell, Ethanol oxidation, Oxygen reduction, Nickel nanotubes, Tungsten alloy
Author
Fatemeh Hedayatinasab
SuperVisor
Prof. Ali Ghaffarinejad