۱-۷-۲-۱- پیل سوختی ۲-پروپانولی مستقیم
از ۲-پروپانول به‌­دلیل سمیت کمتر و عدم عبور از غشاء پیل سوختی می‌توان به­‌عنوان سوخت استفاده کرد. اگر از ۲-پروپانول به‌طور مستقیم در آند پیل سوختی استفاده شود به این پیل سوختی، پیل سوختی ۲-پروپانولی مستقیم می­‌گویند. بررسی­هایی که روی عملکرد این پیل در غلظت­های مختلف الکل، درجه حرارت سل و شرایط مختلف با اکسیدان اکسیژن انجام شده است نشان می­دهد که این پیل در محیط اسیدی عملکرد بالاتری از پیل سوختی متانولی مستقیم، مخصوصا در چگالی جریان کمتر از حدود ۲۰۰ میلی آمپر بر سانتی متر مربع را دارد. ۲-پروپانول می ­تواند ولتاژ مدار باز بیشتر، میان­عبور کمتر و بازده بالاتری نسبت به متانول داشته باشد، به­همین جهت می­توان از ۲-پروپانول به­عنوان سوخت پیل سوختی الکلی مستقیم استفاده کرد. اما یکی از مشکلات ۲-پروپانول به­عنوان سوخت، مسمومیت کاتالیزور آندی مورد استفاده می­باشد. واکنش کلی اکسایش ۲-پروپانول به­ صورت زیر است [۱۵]:
CH₃CHOHCH₃ + ۱۸ OH⁻ → ۳CO₂ + ۱۳ H₂O + 18 e⁻ (۷-۱)
۱-۷-۳- پروپیلن­گلیکول
پروپیلن­گلیکول یا ۱و۲-پروپان‌­دی­‌ال با فرمول شیمیایی C₃H₈O₂ یک مایع بی­رنگ و جاذب رطوبت است. پروپیلن­گلیکول صنعتی، ازپروپیلن­اکسید تولید می­ شود. هم­چنین پروپیلن­گلیکول می ­تواند ازگلیسرول، که یک محصول جانبی بیودیزل است نیز تولید شود. پروپیلن­گلیکول الکلی ویسکوز، با فراریت پایین، غیر­خورنده و بر خلاف اتیلن­گلیکول سمیت پایینی دارد. این الکل به­ دلیل بو و طعم و مزه معمولا برای استفاده­های صنعتی مورد توجه قرار گرفته است. ۴۵٪ از پروپیلن­گلیکول تولید شده به­عنوان مواد خام شیمیایی برای تولید رزین­های پلی­استر غیر­اشباع مصرف می­ شود. در این راستا، پروپیلن­گلیکول با مخلوطی از انیدرید­مالئیک غیر­اشباع و ایزوفتالیک­اسید برای تشکیل یک کو­پلیمر واکنش می­دهد. پروپیلن­گلیکول به‌عنوان ماده­ای ایمن برای استفاده در مواد­غذایی توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده شناخته شده، وآن را به­عنوان حلال و نگهدارنده در مواد غذایی، در محصولات توتون و تنباکو (سیگارهای الکتریکی) و به‌عنوان حلال در بسیاری ازمواد دارویی، و فرمولاسیون­های خوراکی استفاده می­ شود. این الکل مانند اتیلن‌گلیکول، قادر به کاهش نقطه انجماد آب است، به­همین دلیل از آن به­عنوان ضد­یخ در هواپیما و اتومبیل استفاده می­ شود.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۱-۷-۳-۱- پیل سوختی ۱و۲-پروپان­دی­ال مستقیم
پیل سوختی ۱و۲-پروپان­دی­ال مستقیم نیز، زیر مجموعه ­ای از پیل­های سوختی تبادل پروتون می_‌­باشد که در آن ۱و۲-پروپان­دی­ال مستقیماً به پیل سوختی خورانده می­ شود. پروپیلن­گلیکول مایع در آند، اکسید شده و تولید CO₂، الکترون و آب می­نماید. در کاتد نیز اکسیژن هوا و الکترون واکنش می­ دهند. واکنش­های انجام شده در این پیل به شرح ذیل می­باشد:
واکنش آندی C₃H₈O₂ + ۱۶OH^– ۳CO₂ + ۱۲ H₂O + 16e^– (۱-۸)
واکنش کاتدی۱/۲O₂ + H₂O + 2e^– ۲OH ^– (۱-۹)
یکی از مزیت­های اصلی استفاده از پروپیلن­گلیکول به­عنوان سوخت این است که سینتیک واکنش آندی آن در محیط قلیایی سریع­تر از متانول است ولی مطالعات کمی در زمینه اکسیداسیون آن روی فلزاتی مانند پلاتین انجام شده است. معایب و مزایای سوخت­های مورد استفاده در پیل­های سوختی در جدول ۱-۱ ذکر شده است.
جدول ۱-۱– معایب و مزایای سوخت­های مورد استفاده در پیل­های سوختی.

سوخت

مزایا

معایب

هیدروژن

پاک (تنها محصول جانبی آب است)، واکنش آندی سریع

مشکلات ذخیره (چگالی پایین و نشت گاز)، امنیت پائین هیدوژن

متانول

ارزان، مایع، تولید از زیست توده

واکنش آندی کند، اشتعال پذیر، سمیت و میان­عبور متانول

۲-پروپانول

سمیت کمتر نسبت به متانول و عدم عبور از غشاء پیل سوختی

واکنش آندی کند در محیط قلیایی، تولید از منابع تجدید­ناپذیر

۱و۲- پروپان­دی­ال

سمیت کم، فراریت کم، غیر­خورنده، سنتیک واکنش آندی در محیط قلیایی سریع­تر از متانول

واکنش آندی کند در مقایسه با پیل سوختی هیدروژنی

۱-۸-کاتالیزور مورد استفاده در آند پیل­های سوخت
در پیل سوختی هیدروژنی و الکلی، و اکنشگر­ها باید روی سطح آند به­ترتیب، فرایند­های جذب، واکنش سطح و واجذب را انجام دهند. برای انجام این فرایند­ها انتخاب یک کاتالیزور مناسب که از طرفی سینتیک واکنش را بهبود ببخشد و از طرف دیگر مسمومیت­ها روی آن اثر کمتر­ی داشته باشند ضروری به­نظر می‌رسد.
پلاتین و آلیاژهای آن معمولاً به­عنوان آند در پیل سوختی مورد استفاده قرار می­گیرند. در پیل­های سوختی متانولی، مسموم کننده­هایی مانند CO روی سایت­های فعال پلاتین جذب می­شوند و روند انجام واکنش را مختل می­ کنند. CO جذب شده روی سطح کاتالیزور را می­توان با افزایش پتانسیل آند به CO₂ اکسید کرد اما انجام این واکنش موجب کاهش بازده خواهد شد و عملی نیست [۱۶].
در DAFCs نیز مانند پیل سوختی متانولی، CO یکی از حد­واسط­های تولید شده می­باشد و موجب بروز مشکلات مشابهی روی سطح الکتروکاتالیزور­های پلاتین می­ شود. از این­رو توسعه الکتروکاتالیزور­هایی که در برابر مسمومیت و مزاحمت­های CO مقاوم باشند یک فاکتور مهم و اساسی برای بهبود عملکرد پیل­های سوختی محسوب می­ شود.
۱-۸-۱- بهبود کاتالیزور پلاتین با بهره گرفتن از بستر­های مختلف
به­منظور بهبود بخشیدن ظرفیت انتقال پروتون در یک واکنش الکتروکاتالیزوری، در طول تهیه جوهر کاتالیزور، محلول نفیون به جوهر کاتالیزور اضافه می­ شود. مقدار مناسب نفیون در این جوهر در حدود ۱۰% تا ۳۰% است. اضافه کردن نفیون می ­تواند ظرفیت انتقال پروتون را بهبود ببخشد، ولی این روش ناخواسته تعداد زیادی از سایت­های فعال کاتالیزور را می­پوشاند. اصلاح کردن بستر کربن روش مفیدی جهت بهبود بهره‌برداری از کاتالیزور­های فلزی گران­قیمت نظیر پلاتین است. این روش نه تنها ظرفیت انتقال پروتون را افزایش می­دهد بلکه مقدار نفیون گران­قیمت را کاهش می­دهد که می ­تواند هزینه­ پیل سوختی را کاهش دهد [۱۷].
برای دستیابی به پراکندگی خوب، بهره ­برداری بالا و نانو­ذرات فلزی پایدار، استراتژی­ های بستر کاتالیزور مورد ارزیابی قرار گرفتند. در مقایسه با کاتالیزور­های فلزی بدون بستر، کاتالیزور­های بستر شده پایداری و فعالیت بالایی را از خود نشان می­ دهند. در بیشتر موارد ذرات کربن به­ دلیل پایداری نسبی در دو محیط اسیدی و بازی، هدایت الکتریکی خوب و مساحت سطح ویژه بالا به­عنوان بستر­های کاتالیزور استفاده می_‌شوند. ماده کربن تأثیر به­سزایی بر روی خصوصیات کاتالیزور­های فلزی نجیب بستر شده دارد. این تأثیرات عبارتند از:
۱- اندازه ذرات فلزی
۲- مورفولوژی
۳- توزیع اندازه ذرات
۴- درجه آلیاژ شدن
۵- پایداری و پراکندگی ذرات.
از طرف دیگر بستر­های کربن همچنین می­توانند بر روی عملکرد کاتالیزور­های بستر شده در پیل­های سوختی نیز تأثیرگذار باشند. این تأثیرات عبارتند از:
۱- انتقال جرم و هدایت الکترونی لایه کاتالیزور