دانلود ترجمه مقاله غشاهای نانوکامپوزینی رسانای پروتون جدید برای پیل های سوختی غشای تبادل پروتون – الزویر ۲۰۱۵

غشاهای نانوکامپوزینی رسانای پروتون جدید براساس پلی وینیل الکل/پلی وینیل پیرولیدون/ BaZrO3 برای پیل های سوختی غشای تبادل پروتون

New proton conducting nanocomposite membranes based on poly vinyl alcohol/poly vinyl pyrrolidone/BaZrO3 for proton exchange membrane fuel cells

مقدمه

شیوۀ آزمایشی

مواد

سنتز نانوذرات BaZrO3

اماده سازی غشا

جذب آب و دوام اکسایشی غشاها

اندازه گیری جذب آب نانوذرات

اندازه گیری رسانندگی پروتون

طیف FT-IR ATR

اندازه گیری SEM و EDX

ویژگی های گرمایی و مکانیکی

آزمایشات پیل سوختی و MEA

نتایج و بحث

اندازه گیری رسانندگی پروتون و جذب آب

دوام اکسایشی

طیف FT-IR ATR

خواص گرمایی

ویژگی های مکانیکی

عملکرد پیل سوختی

آزمون حیات MEA

نتیجه گیری

چکیده

در این مقاله، برای اولین بار از نانوذرات BaZrO3 به عنوان اکسید آهن ترکیبی با تهیۀ سایت های قوی اسید و ماهیت خوب هیدروفیلی برای آماده سازی غشاهای تبادل پروتون عالی-غیرآلی استفاده شد. غشای نانوکومپوزیتی پلی(وینیل الکل)- BaZrO3 (PB) و پلی وینیل (وینیل الکل)/پلی (وینیل پیرولیدون- BaZrO3(PPB) تهیه شد. غشای نانوکومپوزیتی PPB حاوی ۱ wt.% نانوذرات BaZrO3 رسانندگی بالای پروتون (۶٫۰۱ × ۱۰−۲ S/cm) را در دمای ۷۰ °C نشان داد. بیشترین پیک چگالی قدرت ۲۸٫۹۸mW/cm2 در Ep,max 0.14 V با چگالی پیک جریان (ip,max) 201 mA/cm2 برای PEMFC بدست آمد که شامل غشاهای نانوکومپوزیتی PPB در دمای ۷۰ °C بود.

۴- نتیجه گیری

غشاهای نانوکومپوزیتی پیشرفتۀ مبتنی بر PVA/PVP/BaZrO3 با روش ریخته گری محلول تهیه شدند. PVA، PVP و BaZrO3 به ترتیب به عنوان پلیمر پایه، پلیمر ترکیبی با PVA و تغییر دهنده یا مودیفایر غیرآلی استفاده شدند. گلوتارآلدهید (GA) به عنوان عامل اتصال عرضی استفاده شد. غشاهای نانوکومپوزیتی با ۱ wt.% وزن نانوذرات BaZrO3 در حضور PVP به دلیل ویژگی آبدوستی قوی نانوذرات PVP و BaZrO3 جذب آب و رسانایی پروتونی بیشتری در مقایسه با غشاهای PVA نشان دادند. غشاهای نانوکومپوزیتی PVA/PVP/BaZrO3 (با ۱ wt.% نانوذرات) ۶ × ۱۰−۲ S/cm در دمای ۷۰ °C نشان دادند. واکنش های قوی سطح نانوذرات BaZrO3 و واکنش های دورویۀ PVP باعث افزایش ویژگی های مکانیکی غشاهای نانوکومپوزیتی را افزایش می دهد. نتایج آنالیز SEM-EDX اطلاع دقیق و مفصل دربارۀ توزیع همگن نانوذرات در غشاهای نانوکوممپوزیتی ارائه داد. عملکرد الکتروشیمیایی PEMFC برای غشاهای نانوکومپوزیتی PVA/PVP/BaZrO3 (1 wt.% نانوذرۀ (BaZrO3 بر حسب حداکثر چگالی قدرت در ۲۹ mW/cm2 در دمای ۷۰ °C مشاهده شد. اندازه گیری های رسانندگی پروتون و آزمون های پیل سوختی، بهترین ویژگی های غشاهای نانوکومپوزیتی PVA/PVP/BaZrO3 را در بین ترکیبات متعددی که قابلیت غشاهای نانوکومپوزیتی آماده شدۀ آنها به عنوان الکترولیت در دستگاه های پیل سوختی بررسی و اثبات شده بود را تأیید کرد.

Abstract

In this study for the first time, BaZrO3 nanoparticles as mixed metal oxides, with provision of strong acid sites and good hydrophilic nature were used for the preparation of organic–inorganic proton exchange membranes. Poly(vinyl alcohol)–BaZrO3 (PB) and poly(vinyl alcohol)/poly(vinyl pyrrolidone)–BaZrO3 (PPB) nanocomposite membranes have been prepared. PPB nanocomposite membranes containing 1 wt.% of BaZrO3 nanoparticles demonstrated high proton conductivity (6.01 × ۱۰− ۲ S/cm) at 70 °C. The highest peak power density of 28.98 mW/cm2 at Ep,max of 0.14 V with a peak current density (ip,max) of 201 mA/cm2 was achieved for the PEMFC which included PPB nanocomposite membranes at 70 °C.

۴- Conclusion

Advanced nanocomposite membranes based on PVA/PVP/BaZrO3 were prepared by solution casting method. PVA, PVP and BaZrO3 were used as based polymer, blend polymer with PVA and inorganic modifier, respectively. Glutaraldehyde (GA) was used as crosslinking agent. The nanocomposite membranes with 1 wt.% of BaZrO3 nanoparticle in the presence of PVP due to the strongly hydrophilic character of PVP and BaZrO3 nanoparticles, showed a higher water uptake and proton conductivity compared to those of the PVA based membrane. PVA/ PVP/BaZrO3 nanocomposite membranes (with 1 wt.% of nanoparticle) displayed 6 × ۱۰−۲ S/cm at 70 °C. The strong surface interactions of BaZrO3 nanoparticles and great interfacial interactions of PVP increase the mechanical properties of nanocomposite membranes. The results of SEM-EDX analysis have provided detailed information about the homogenous distribution of nanoparticles in the nanocomposite membranes. The electrochemical performance, in terms of the maximum power density, of the PEMFC for PVA/PVP/BaZrO3 nanocomposite membranes (1 wt.% of BaZrO3 nanoparticle) was found at 29 mW/cm2 at 70 °C. Proton conductivity measurements and fuel cell tests approved the best properties of PVA/PVP/BaZrO3 nanocomposite membranes among the numerous compositions explored and established the potentiality of the prepared nanocomposite membranes as electrolytes in fuel cell devices.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

غشاهای نانوکومپوزینی رسانای پروتون جدید براساس پلی وینیل الکل/پلی وینیل پیرولیدون/ BaZrO3 برای پیل های سوختی غشای تبادل پروتون

New proton conducting nanocomposite membranes based on poly vinyl alcohol/poly vinyl pyrrolidone/BaZrO3 for proton exchange membrane fuel cells