مقايسه ي عملكرد كاتاليست هاي كاتدي پلاتيني و غير پلاتيني Fe-Co/Kb در باتري اوليه ي روي- هوا در حضور روي اكسيد و كربن دي اكسيد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

در فصل اول اين پايان¬نامه، معرفي باتري¬هاي روي-هوا، الكتروكاتاليست¬هاي آن¬ها و چالش¬هاي مربوط به اين باتري ارائه خواهد شد و هم چنين پژوهش¬هاي انجام شده توسط ديگر محققان بررسي مي¬شود. هدف از اين پايان نامه يك بررسي مقايسه¬اي بين عملكرد الكتروشيميايي كاتاليست¬هاي Fe-Co/Kb و 30 درصد وزني Pt/C در حضور ناخالصي¬هاي روي اكسيد و كربنات است. در فصل دوم وسايل، مواد آزمايشگاهي و روش انجام آزمون ها ارائه شده است. در فصل سوم، در ابتدا ريز ساختار سطحي كاتاليست¬ها توسط تكنيك ميكروسكوپ روبشي خطي مورد مطالعه قرار گرفت و اين نتيجه حاصل شد كه Fe-Co/Kb داراي ذرات با اندازه¬هاي بسيار ريز تا درشت است و داراي سطح و تخلخل بيشتري است. سطح ويژه¬ي كاتاليست¬ها اندازه گيري شد و سطح ويژه¬ي Fe-Co/Kb به دليل استفاده از ketjen black حدود 5 برابر بيشتر از Pt/C است. در بخش بعدي فعاليت الكتروشيميايي كاتاليست¬ها در يك سيستم سه الكترودي مطالعه شد. براي بررسي تاثير ناخالصي¬هاي روي اكسيد و كربنات، مقادير مختلف اين ناخالصي¬ها به الكتروليت پتاسيم هيدروكسيد اضافه شد. با استفاده از ولتامتري چرخه¬اي و ولتامتري روبش خطي مشاهده شد كه براي Fe-Co/Kb پتانسيل پيل از 15/0- ولت نسبت به Ag/AgCl به حدود 05/0- ولت و براي كاتاليست پلاتين از 3/0- ولت به 2/0- ولت تغيير داشته است. يعني ناخالصي¬ها تا حدي سينتيك كاهش اكسيژن را بهبود داده¬اند كه مي¬تواند به دليل جذب بهتر اكسيژن باشد. كرونوآمپرومتري در الكتروليت¬هاي ذكر شده به منظور بررسي نرخ نگهداري جريان كاهشي توسط كاتاليست¬¬ها انجام شد و مشاهده شد براي كاتاليست فلز غير نجيب در پتانسيل 12/0- ولت نرخ نگداري جريان كاهشي در الكتروليت بدون ناخالصي¬هاي روي¬اكسيد و كربنات 2 برابر الكتروليت حاوي ناخالصي¬ها است و در مورد كاتاليست پلاتين در الكتروليت حاوي كربنات نرخ نگداري جريان كاهشي، بيشتر از الكتروليت ها¬ي بدون ناخالصي و حاوي ناخالصي روي¬اكسيد و 180 ثانيه بود. امپدانس الكتروشيميايي به منظور بررسي مقاومت تماسي و مقاومت انتقال بار در سطح كاتاليست¬ها در پتانسيل¬هاي كاهشي انجام شد و براساس نمودار¬هاي نايكسيت براي Fe-Co/Kb، Rohm با افزودن روي اكسيد و كربنات از 44/49 به ترتيب به 04/44 و 56/41 اهم كاهش يافت؛ در اين مورد ناخالصي ها باعث كاهش مقاومت پيل شد و در مورد پلاتين با افزودن روي اكسيد و كربنات از 42/25 به 52/43 و 74/16 اهم تغيير داشت، ناخالصي كربنات باعث كاهش مقاومت شد. در بخش سوم به منظور بررسي عملكرد كاتاليست¬ها در باتري روي-هوا ، دو باتري روي هوا بر پايه ي كاتاليست¬هاي Fe-Co/Kb و 30 درصد وزني Pt/C ، به عنوان كاتاليست كاتدي ساخته¬شد. آزمون¬هاي تخليه¬ي باتري در چگالي جريان¬هاي مختلف انجام شد. براساس نتايج حاصل باتري¬ها عملكرد نزديك به هم داشتند. در پتانسيل 1 ولت، چگالي توان mW/cm2240 و چگالي جريان mA/cm2300 براي كاتاليست Fe-Co/Kb و براي كاتاليست پلاتين چگالي توان mW/cm2250 و چگالي جريان mA/cm2320 مشاهده¬شد. آزمون تخليه باتري در چگالي جريان mA/cm220 انجام شد و باتري بر پايه ي كاتاليست Fe-Co/Kb به مدت 1 ساعت و 15 دقيقه و باتري مبتني بر كاتاليست پلاتين به مدت 1 ساعت و 40 دقيقه افت پتانسيل را نشان دادند. براساس آزمون امپدانس، Rohm، Rct1 و Rct2 براي Fe-Co/Kb برابر با 55/0 و 267/0 و 68/2 اهم و براي پلاتين برابر با 455/0 و 103/0 و 456/0 اهم به¬دست¬آمد. بر اين اساس عملكرد باتري مبتني بر كاتاليست فلز غير نجيب قابل مقايسه با باتري مبتني بر كاتاليست پلاتين ارزيابي شد.

215724

شيمي فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمد محمدي

محمد محسن مومني، حسن حداد زاده

محمد ژياني