عنوان

بهینه سازی فاکتورهای عملیاتی موثر نظیر نانو ساختار الکترودها، ناقلین الکترون، و اصلاح غشا بر توان سل های سوختی میکروبی با روش ‮‭EIS‬

شماره

‭۵۴۷۴پ‬

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

بهینه سازی فاکتورهای عملیاتی موثر نظیر نانو ساختار الکترودها، ناقلین الکترون، و اصلاح غشا بر توان سل های سوختی میکروبی با روش ‮‭EIS‬

نام نخستين پديدآور

/ایرج احد زاده

نام ناشر، پخش کننده و غيره

: دانشکده شیمی

نام خاص و کميت اثر

‮‭۱۷۸‬ ص‬

متن يادداشت

چاپی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ارشد

نظم درجات

شیمی -فیزیک

زمان اعطا مدرک

‮‭۱۳۹۱/۰۵/۲۵‬

کسي که مدرک را اعطا کرده

تبریز : دانشگاه تبریز

متن يادداشت

یکی از چالش های اساسی در زمینه ی توسعه و بکارگیری سلهای سوختی میکروبی در مقیاس وسیع، درک عوامل موثر در توان خروجی این سل ها است .بدین منظور بایستی الکترودهایی با خواص کاتالیتیکی مناسب و عملکرد پایدار جهت استفاده در این سلها توسعه یابد و نیز اثر سایر عوامل دخیل بر عملکرد این دسته از وسایل نوین تبدیل انرژی به خوبی بررسی شود .در این تحقیق کاتد های مبتنی بر نانو ساختارهای مختلف ساخته، اصلاح و عملکرد الکتروشیمی آنها با هدف افزایش توان خروجی سل سوختی میکروبی با کشت مخلوط میکروارگانیزم ها وجایگزینی کاتد های گران قیمت برپایه پلاتین با روشهای مختلف الکتروشیمیایی مانند پلاریزاسیون و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی ‮‭(EIS)‬ بررسی شد .اثر هرکدام از عوامل دخیل در مراحل ساخت، اصلاح و بکارگیری الکترودهای جدید و انواع سوبستراها و ناقلین الکترون بر پارامترهای عملکردی سل سوختی میکروبی مانند ولتاژ، جریان و توان خروجی و بهره کولنی مطالعه شد .از مجموع مطالعات انجام شده روی سلهای سوختی میکروبی نتایج زیر به دست آمدالف (غشاء فلیمون که نسبت به غشاء استاندارد نافیون ارزانتر و در دسترس‌تر است و مقاومت مکانیکی بهتری نیز دارد براحتی می‌تواند با رفتاری مشابه غشاء نافیون از نظر عبور کاتیونها و تولید توان در کاربردهای سل سوختی میکروبی مورد استفاده قرار گیرد.ب (از طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در بارهای مقاومتی خارجی مختلف می‌توان به عنوان روش بدیعی برای بررسی رفتار فصل مشترک آندی و کاتدی سل سوختی و تغییرات پارامترهای عملکردی استفاده کرد.ج (توان الکتریکی تولیدشده از سوبستراهای مختلف به دو عامل اصلی بستگی دارد .حضور میکروارگانیزمهای تخصص یافته برای متابولیسم یک سوبسترای معین و پیچیدگی ساختار ملکولی و بالطبع مسیر متابولیستی تجزیه یک سوبسترا .سوبستراهای ساده مانند گلوکز توسط میکروارگانیزمها زود تجزیه می‌شوند در حالیکه سوبستراهای پیچیده و سنگین مانند نشاسته دیر هضم بوده وتوان الکتریکی کمتری تولید می‌کنند.د (با استفاده از آرایه نانو و افزایش سطح موثر الکترود کاتد و ترسیب نانو ذرات فلزات نجیب مناسب مانند پالادیم می‌توان کاتدهای نانو ساختاری ارزان قیمت‌تر و سهل الوصول‌تر در مقایسه با کاتدهای گران قیمت مبتنی بر فلزاتی مانند پلاتین تهیه کرد که در کاربردهای سل سوختی توانی قابل مقایسه با آن الکترودها ارائه می‌کننده (نوع فلز ترسیب شده و فعالیت الکتروشیمیایی ذاتی آن در واکنش احیاء اکسیژن در کاتد بسیار اهمیت دارد .در شرایط بالک و نانو ساختاری فعالیت الکتروشیمیایی فلز پلاتین بیشتر از فلز پالادیم و آن نیز به مراتب بیشتر از فلز طلا است .این موضوع را می‌توان با ایجاد مسیر واکنش سهل‌تر برای احیاء اکسیژن با فلزات پلاتین و پالادیم و بی اثر بودن نسبی طلا مرتبط دانست.و (دو ماده آلی سهل الوصول متیل اورانژ و متیل رد را می‌توان به عنوان ناقل الکترون در سلهای سوختی میکروبی بکار برد اگرچه جهت درک روند افزایش توان و عملکرد بهتر متیل رد نسبت به متیل اورانژ بایستی آزمایشهای الکتروشیمیایی تکمیلی مخصوصا روی بیو فیلم آندی صورت گیرد (روش گسست جریان به عنوان یک روش بسیار راحت و در دسترس می‌تواند جهت تعیین مقاومت درونی سلهای سوختی میکروبی و مطالعه تغییرات این مقاومت با وضعیت کاری سل و هرگونه دخل و تصرف در هریک از بخشهای سل مشابه روش ‮‭EIS‬ مورد استفاده قرار گیرد .ح (امکان مقدماتی استفاده از بیو فیلم پایدار تشکیل شده روی آند گرافیتی یک سل سوختی به عنوان یک بستر اکسایش گلوکز و از این طریق ساخت یک سنسور نمایش گلوکز با روش طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی وجود دارد.ط (طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی به عنوان یک روش دقیق و مدرن می‌تواند برای مطالعه سلهای سوختی میکروبی و کسب و تجزیه و تحلیل طیف وسیعی از داده‌ها مورد استفاده قرار گیرد .قدرت این روش در پیمایش تغییرات توان، تفکیک سهم هرکدام از اجزاء سازنده سل در توان کل‍، مطالعه تغییرات هرکدام از اجزاء در حین حالتهای مختلف عملکردی و اصلاح و ارتقاء آنها بسیار مطلوب است

متن يادداشت

‮‭membrane can easily be used as an alternative in microbial fuel cell applications with similar characteristics in terms of cations transfer across membranes power production levels. b) Electrochemical impedance spectroscopy at various external resistive loads can be employed as a novel method to study fuel cell cathodic and anodic interfacial behavior and to trace changes in operational parameters. c) Electric power produced from different substrates depends on two main factors: presence of microorganisms specialized in specific substrate metabolism and complex molecular structure and therefore the metabolic path of a given substrate. Simple substrates such as glucose are quickly broken down by microorganisms, while complex and heavy substrates such as starch are slowly digested and therefore produce less electrical power. d) Using electrode nano-arrays to enhance electrodes surface areas and deposition of nanoparticles of noble metals such as palladium, cheaper and easy-to-develop nano-structured cathodes compared with cathodes based on more expensive metals such as platinum can be developed for microbial fuel cell applications which produce comparable output power levels. e) Type of metal deposited and its inherent electrochemical activity in cathodic oxygen reduction reaction are very important factors. In bulk and nano-structured states, electrochemical activity of platinum is higher than palladium. Also palladium is far more active than gold. It can be attributed to more feasible oxygen reduction reaction on platinum and palladium metal surfaces and relatively non electrocatalytic characteristics of gold. f) Two readily available organic indicators i.e. methyl orange and methyl red can be used as electron mediators in microbial fuel cells. However, complementary electrochemical investigations particularly studies on anodic biofilm are quite necessary to understand power enhancement trends and better performance of methyl red compared with methyl orange. g) Similar to EIS, current interruption as a feasible method can be used to determine internal resistance of microbial fuel cells and to study its changes during cell operation and to determine its dependence on cell parameters. h) It is possible to use sustainable bio-film formed on graphite anode of a fuel cell as a substrate for glucose oxidation and therefore to develop a prototype impedimetric glucose monitoring sensor.i) Electrochemical impedance spectroscopy as an accurate and modern method can be used to study microbial fuel cells and to collect and analysis of various electrochemical data. EIS is quite well-suited to trace and analysis of changes in output power levels, to separate contributions of each of the components of the cell in total power and to study of changes in each component during different modes of operation of a microbial fuel cell‬ ض‍‮‭membrane as a cheaper and mechanically stronger than standard Nafion‬ ض‍‮‭One of the fundamental challenges in the development and application of large-scale microbial fuel cells is to understand the factors affecting output power of these cells. Therefore, proper electrodes with stable performance and catalytic properties should be developed. Effects of other factors on the performance of these new energy conversion devices are to be investigated as well. In this study, with the aim of increasing output power of microbial fuel cells with mixed- culture microorganisms and replacement of more expensive platinum- based cathodes, nanostructure-based cathodes are developed, modified and their electrochemical performance was investigated by electrochemical techniques such as polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Effects of factors involved in the construction, improvement and development of new electrodes, type of substrates and electron mediators on microbial fuel cell operating parameters such as voltage, current and output power and coulomb efficiency were studied. In summary, following results were obtained:a) Flemion‬

موضوع مستند نشده

Microbial Fuel Cell

موضوع مستند نشده

Output Power

موضوع مستند نشده

Membrane

موضوع مستند نشده

Nanostructure Electrode

موضوع مستند نشده

Electrochemical Impedance Spectroscopy

موضوع مستند نشده

Substrate

مستند نام اشخاص تاييد نشده

احد زاده، ایرج

مستند نام اشخاص تاييد نشده

حسینی، میر قاسم، استاد راهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

ابراهیمی، سیروس، استاد مشاور

مستند نام اشخاص تاييد نشده

تقی زاده، اکبر، استاد مشاور

يادداشت عمومي

سیاه و سفید

وضعیت فهرست نویسی

نمایه‌سازی قبلی