بررسی تاثیر فرایند ساخت جوهر لایه ی نفوذ بر ریز ساختار و عملکرد کاتد در پیل سوختی پلیمری

لایه ی نفوذ یک جزء اساسی در پیل سوختی است که وظایف مهمی، از جمله نفوذ واکنشگرهای گازی، نفوذپذیری مایع، هدایت الکتریکی، هدایت گرمایی و تقویت مکانیکی را انجام می دهد. لایه ی نفوذ، در مدیریت آب پیل سوختی یک نقش حیاتی را ایفا می کند و تعادل میان هیدراسیون غشاء و آب زدایی را برقرار می نماید. روش ساخت لایه ی نفوذ می تواند بر عملکرد پیل سوختی موثر باشد. زیرا روش ساخت می تواند بر ریز ساختار لایه ی نفوذ و در نتیجه بر چگونگی ایفای نقش آن تأثیر داشته باشد. در این پروژه تأثیر فرایند اختلاط جوهر لایه ی نفوذ بر ریز ساختار الکترود نفوذ گازی و عملکرد پیل سوختی پلیمری مورد بررسی قرار گرفته است. روش های مورد بررسی در این تحقیق شامل به کارگیری امواج فراصوت ضربانی و ادامه دار، حمام فراصوت و روش مکانیکی بودند. بدین منظور، الکترود های دارای لایه نفوذ یکسان از نظر ترکیب، امّاآماده شده به روش های متفاوت و دارای لایه های کاتالیست یکسان در شرایط واقعی پیل سوختی آزمایش شدند و ریز ساختار آن ها مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا الکترود دارای لایه ی نفوذ ساخته شده به کمک امواج فراصوت ضربانی در شرایط عملیاتی مختلف شامل دماهای مختلف پیل، فشار ها و رطوبت های نسبی کاتد متفاوت مورد ارزیابی قرار گرفت تا مناسب ترین شرایط عملیاتی برای انجام آزمایشات مقایسه ای تعیین گردد. پس از تعیین مناسب ترین شرایط عملیاتی، چهار سری الکترود دارای لایه های نفوذ یکسان از نظر ترکیب، اما آماده شده به روش های متفاوت در شرایط عملیاتی مشخص شده با یکدیگر مقایسه شدند. آزمایشات الکتروشیمیایی شامل ثبت منحنی های پلاریزاسیون و طیف بینی امپدانس الکتروشیمیایی بودند. بررسی ساختار سطحی لایه های نفوذ تهیه شده نیز به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. نتایج به دست آمده در پیل سوختی نشان داد که پیک دانسیته ی توان الکترود دارای لایه ی نفوذ ساخته شده به روش حمام فراصوت به صورت قابل ملاحظه ای بالاتر از دیگر الکترود هاست. این نتایج با نتایج امپدانس الکتروشیمیایی نیز مطابقت دارد. دلیل آن به تأثیر روش ساخت جوهر بر میزان همگن شدگی و ریز ساختار لایه ی نفوذ مربوط است که در این کار به بررسی آن پرداخته شده است. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان می دهد که نوع فرایند مخلوط کردن لایه ی نفوذ سبب ایجاد تغییر بر ریخت شناسی سطح لایه ی نفوذنیز می گردد. به طوری که لایه ی نفوذ تهیه شده به روش حمام فراصوت دارای توزیع یکنواخت ذرات و ریز حفره ها می باشد. در حالی که لایه ی نفوذ آماده شده به روش همزن مغناطیسی دارای سطح غیر یکنواخت و کانال های نامنظمی می باشد.