اثر افزودن پلی یورتان و نانوذرات سیلیکا بر خواص رسانندگی غشای پلی اتر سولفون سولفون دارشده

فرضیه: در سال های اخیر با توجه به کاهش منابع انرژی در دسترس، پیشرفت های شایان توجهی در زمینه مطالعه پیل های سوختی و به ویژه سلول های دارای متانول به عنوان منابع تامین انرژی حاصل شده است. غشای الکترولیتی از اجزای مهم سلول های سوختی به شمار می آید که نقش انتقال پروتون و به دام انداختن متانول را ایفا می کند. غشای الکترولیتی باید پایداری شیمیایی و الکتروشیمیایی و نیز مقاومت مکانیکی زیادی را در شرایط عملیاتی داشته باشد. همچنین، رسانندگی پروتون زیاد برای عملکرد بهتر غشای پیل سوختی لازم است.روش ها: در این پژوهش، غشاهای جدید نانوکامپوزیتی به عنوان الکترولیت برای کاربرد در سلول های سوختی تهیه شدند. بدین منظور، دو نوع غشا شامل پلی اترسولفون سولفون دارشده (SPES) و آمیخته آن با پلی یورتان (PU) به عنوان غشاهای پایه انتخاب شدند. ابتدا، پلی اتر سولفون با استفاده از سولفونیک اسید، سولفون دار و با PU و(SPES/PU) آمیخته شد. سپس، نانوذرات سیلیکا با درصد های وزنی متفاوت (3، 5 و %8 وزنی) به غشای آمیخته ای (SPES/PU/SiO2) اضافه شدند. خواص غشاهای  تهیه شده با آزمون های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، پراش پرتو X، گرماوزن سنجی، جذب آب و متانول، اندازه گیری رسانندگی پروتون و میکروسکوپی الکترونی پویشی بررسی شد. یافته ها: نتایج توزیع مناسب PU را در غشاهای تهیه شده نشان داد که دلیل آن تشکیل پیوندهای هیدروژنی میان گروه های قطبی SPES و PU بوده است. از این رو، رسانندگی غشاهای آمیخته ای با سازوکار افزایش قطبیت نسبت به نمونه های خالص بدون افزایش شدید در جذب آب و متانول، %74 افزایش یافت. همچنین، افزودن نانوذرات سیلیکا به غشای آمیخته ای SEPS/PU و تهیه غشای نانوکامپوزیتی SPES/PU/SiO2، موجب تشکیل پیوند کووالانسی میان این ذرات با گروه های سولفونیک اسید در SPES، پیوند هیدروژنی با گروه های قطبی در SPES و PU و نیز چسبندگی بیشتر میان فازها شد. در نتیجه، شکل شناسی غشای نانوکامپوزیتی با سازوکار کاهش حفره ها و فضاهای خالی اصلاح شد. در نهایت، رسانندگی غشای نانوکامپوزیتی نسبت به نمونه خالص SPES فقط با 11 و %8 افزایش به ترتیب در جذب آب و متانول، %53.13 افزایش یافت.

Keywords:

غشا , پیل سوختی , پلی اتر سولفون سولفون دارشده , پلی یورتان , نانوذرات سیلیکا