غشاهاي نانوكامپوزيتي مبادله كننده پروتون برپايه نفيون ونانوذرات Fe2TiO5 براي استفاده درپيل هاي سوختي غشاي مبادله كننده پروتون

غشاي پلي بنزايميدازول دوپ شده با اسيد فسفريك به دليل پايداري حرارتي بالا و مكانيسم رسانايي پروتوني خاص بطور چشمگيري در پيل¬هاي سوختي پليمري دما بالا مورد بررسي قرار گرفته است. دهيدراته شدن اسيد فسفريك در دماهاي بالاي 140 درجه سانتي¬گراد منجر به كاهش رسانايي پروتوني و عملكرد پيل سوختي غشاي پلي بنزايميدازول مي¬شود. در اين پروژه غشاهاي كامپوزيتي مبادله¬كننده پروتون بر پايه پلي بنزايميدازول و مايع يوني دي كاتيون 1و3 دي (3-متيل ايميدازوليوم) پروپان بيس- ‌(تري فلوئورو متيل سولفونيل) ايميد با هدف بهبود رسانايي پروتوني و عملكرد پيل سوختي غشاي پلي بنزايميدازول در دماهاي بالا، تهيه شد. غشاهاي كامپوزيتي تهيه شده بدليل مقادير بالاي دانسيته بار مايع يوني دي كاتيون رسانايي پروتوني (85 ميلي زيمنس بر سانتي¬متر در دماي 180 درجه سانتي¬گراد)، پايداري حرارتي و عملكرد پيل سوختي بالايي (89/0 آمپر بر سانتي¬متر مربع در ولتاژ 5/0 ولت و دماي 180 درجه سانتي¬گراد) را نسبت به غشاي پلي بنزايميدازول و غشاهاي كامپوزيتي تهيه شده بر پايه پلي بنزايميدازول و مايعات يوني مونو كاتيون نشان داد. مقادير بالاي دانسيته بار مايع يوني دي كاتيون منجر به بر همكنش¬هاي يوني موثرتر با غشاي پلي بنزايميدازول و اسيد فسفريك مي¬شود. در نتيجه مشكل از دست رفتن اسيد فسفريك بطور چشمگيري كاهش مي¬يابد.

غشاي پلي بنزايميدازول (PBI) دوپ شده با اسيد فسفريك به دليل پايداري حرارتي بالا و مكانيسم رسانايي پروتوني خاص بطور چشمگيري در پيل¬هاي سوختي پليمري دما بالا مورد بررسي قرار گرفته است. دهيدراته شدن اسيد فسفريك در دماهاي بالاي 140 درجه سانتي¬گراد منجر به كاهش رسانايي پروتوني و عملكرد پيل سوختي غشاي PBI مي¬شود. در اين پروژه غشاهاي كامپوزيتي دما بالا بر پايه PBI، مزوپور SBA-15-Ph-SO3H و مايعات يوني دي كاتيون با هدف بررسي برهمكنش¬هاي هيدروژني مزوپور SBA-15-Ph-SO3H در افزايش رسانايي پروتوني، جذب اسيد، پايداري حرارتي، پايداري مكانيكي و عملكرد پيل سوختي غشاي PBI دوپ شده با اسيد فسفريك، تهيه گرديد. نقش حفره¬هاي مزوپور SBA-15-Ph-SO3H در كاهش شسته شدن اسيد فسفريك و مايعات يوني دي كاتيون براي اولين بار در سطح ملي و بين المللي مورد بررسي قرار گرفت. تركيب 1،6 دي (3 متيل ايميدازوليوم) هگزان بيس (هگزا فلوئورو فسفات) به عنوان مايع يوني دي كاتيون مورد استفاده قرار گرفت. نتايج نشان داد كه غشاهاي كامپوزيتي تهيه شده بدليل داشتن طول عمر رسانايي پروتوني بالا و طول عمر پيل سوختي بالا قابليت كاربرد در پيل هاي سوختي پلميري دما بالا را دار مي¬باشند. علت اين مشاهده حفره¬هاي مزوپور SBA-15-Ph-SO3H مي¬باشد كه نقش مهم و اساسي در كاهش شسته شدن مايعات يوني و اسيد فسفريك در غشاهاي كامپوزيتي دارند. ساختار منظم حفره¬هاي مزوپور SBA-15-Ph-SO3H كانال¬هاي يوني پيوسته¬اي از پيوند¬هاي هيدروژني را بين مايعات يوني دي كاتيون و اسيد فسفريك در غشاهاي كامپوزيتي فراهم مي¬كند و ميزان شسته شدن مايعات يوني و اسيد فسفريك را كاهش مي¬دهند. رسانايي پروتوني و عملكرد پيل سوختي غشاهاي كامپوزيتي بدليل حضور مزوپور SBA-15-Ph-SO3H در طول مروز زمان تقريبا ثابت ماند و كاهشي مشاهده نشد. گروه¬هاي فنيل سولفونيك اسيد مزوپور SBA-15-Ph-SO3H برهمكنش¬هاي هيدروژني با اسيد فسفريك و مايعات يوني دي كاتيون برقرار مي¬كنند و منجر به حفظ اسيد فسفريك و مايعات يوني در ساختار غشا مي¬شوند. در دماهاي بالا حضور مزوپور SBA-15-Ph-SO3H در غشاهاي كامپوزيتي منجر به افزايش چشم¬گيري در رسانايي پروتوني مي¬شود. علت اين مشاهده اين است كه مزوپور SBA-15-Ph-SO3H مسير پيوسته¬اي را براي جهش¬هاي هيدروژني در حضور مايعات يوني فراهم مي¬كند و در دماهاي بالا با افزايش سينتيك، انرژي لازم براي اين جهش¬ها به حداقل مقدار خود مي-رسد. دانسيته بالاي بار مايعات يوني دي كاتيون منجر به برهمكنش¬هاي هيدروژني موثر و قوي با مزوپور SBA-15-Ph-SO3H و غشا مي شود. خواص مكانيكي و حرارتي غشاهاي كامپوزيتي با افزودن مزوپور SBA-15-Ph-SO3H افزايش مي¬يابد. با افزودن مزوپور SBA-15-Ph-SO3H به غشا، با ايجاد پيوند¬هاي هيدروژني بين مزوپور SBA-15-Ph-SO3H، مايع يوني و غشا ساختار غشا فشرده تر شده و استحكام مكانيكي و مدول غشا بهبود پيدا مي¬كند. بالاترين رسانايي پروتوني براي غشاهاي كامپوزيتي حاوي مايعات يوني دي كاتيون (نسبت مولي مايع يوني/PBI: 4) و %. wt9 از مزوپور SBA-15-Ph-SO3H، mS/cm 91 در دماي 180 درجه سانتي¬گراد بدست آمد. رسانايي پروتوني و عملكرد پيل سوختي (توان پيل سوختي W/cm2 4/0) قابل توجه اين غشاهاي كامپوزيتي قابليت كاربرد اين غشاها را در پيل¬هاي سوختي پليمري دما بالا تائيد كرد. واژه‌هاي كليدي: پيل¬هاي سوختي پليمري دما بالا، پلي بنزايميدازول، رسانايي پروتوني، مزوپور SBA-15-Ph-SO3H، مايعات يوني دي كاتيون.