18175

2003 دكتري

دكتري

شيمي فيزيك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1393

هفده، 162ص.: مصور، جدول، نمودار

1401/11/01

كتابنامه

شيمي

شيمي

1401/11/08

111111

در اين رساله به بررسي روش¬هاي فعالسازي MEA در پيل سوختي پليمري پرداخته شد تا بتوان درك بهتري از مكانيسم فعالسازي MEA بدست آورد و براساس آن روش¬هاي فعالسازي سريع¬تر و مؤثرتري در بهبود عملكرد پيل ارائه نمود. در بررسي روش¬هاي فعالسازي MEA بعد از مونتاژ پيل، اثر سه روش فعالسازي متداول (روش ولتاژ ثابتV 6/0، جريان ثابتA cm-2 25/0 و روش ارائه شده توسط انجمن پيل سوختي امريكا (USFCC)) بر عملكرد MEA در طول دوره فعالسازي و بعد از آن در شرايط عملياتي واقعي پيل سوختي پليمري مورد مقايسه قرار گرفت و از ميان آن¬ها با توجه به ساختار MEA بهترين روش از لحاظ سريع و مؤثر بودن روش ولتاژ ثابت V 6/0 به مدت 6 ساعت معرفي گرديد. نتايج حاصل از آزمايشات الكتروشيميايي در طول دوره فعالسازي نشان دادند در هر سه فرايند فعالسازي مورد نظر با گذشت زمان مقدار مقاومت اهمي غشاء و محدوديت در انتقال جرم گونه¬ها به سطح كاتاليست كاهش مي¬يابد و همچنين فعاليت كاتاليست با گذشت زمان بهبود مي¬يابد. با بررسي اثر تغيير غلظت واكنشگر بر عملكرد MEA فعال شده، مرتبه واكنش كاهش اكسيژن، 8/0، و دانسيته جريان نرمال شده نسبت به فشار اتمسفر در ولتاژ V 9/0، mA cm-2Pt 4/0 محاسبه شد كه با نتايج ارائه شده در مقالات مطابقت دارد. بعد از مرحله فعالسازي، عملكرد سه MEA ¬فعال شده در شرايط عملياتي مختلف مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان دادند روش فعالسازي MEA اثر برگشت ناپذيري بر خصوصيات بين سطحي MEA مي¬گذارد كه حتي در محدوده وسيعي از شرايط عملياتي قابل جبران نمي¬باشد. فعالسازي MEA به روش A cm-2 25/0 نسبت به دو روش ديگر در كسب بهترين عملكرد، روش مؤثري نيست. حتي اگر زمان طولاني صرف فعالسازي آن گردد (حدود 14 ساعت) و يا اگر MEA فعال شده به اين روش در شرايط مختلف عملياتي قرار بگيرد باز هم عملكرد ضعيفي را نشان مي¬دهد. ماكزيمم دانسيته توان توليدي آن در دماي oC 75 ، فشار kPa 34 و رطوبت نسبي گاز كاتدي 30 % ، در حدود 20 % كمتر از دو MEA ديگر مي¬باشد.

Abstract In this work, three in-house membrane-electrode assemblies (MEAs) were activated using three commonly used techniques; constant voltage (0.6 V) for 9 h, constant current (0.25 A cm-2) for 19 h, and USFCC activation protocol. Results show that constant voltage activation is remarkably fast. The effect of mentioned MEA activation procedures on the final MEA performance and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) response was studied under different operation conditions. Obtained results indicate that the performance of all three identical MEAs is different even in the wide range of operational conditions. The effect of operation condition of MEA activation procedure on the MEA performance was investigated. Results indicate that MEA activation at the high temperature and pressure reduces the time of activation at least 30% and leads to 40% slump in the MEA steady-state performance. In another part of this work, ultrasonic bath cleaning technique was successfully applied for the pretreatment of the gas diffusion electrode (GDE) before membrane-electrode assembly. The results indicate that ultrasonic bath pre-treatment significantly improves MEA performance in all current density regions at different operation conditions. This pre-treatment technique also reduces the time of the MEA on-line activation procedure. Keywords: Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Membrane-Electrode Assembly, Activation Procedures, Polarization Curve, Electrochemical Impedance Spectroscopy.

محمد ژياني

كيوان رئيسي , كيوان رئيسي , كيوان رئيسي , كيوان رئيسي