Nghiên cứu chế tạo màng mỏng TiO2 Anatase ở nhiệt độ thấp nhằm nâng cao hiệu suất cho pin nhiên liệu DMFC

Chế tạo màng điện giải polymer trong pin nhiên liệu methanol trực tiếp (DMFC) bằng cách phủ lên màng Nafion 117 một lớp nano titanium dioxide TiO2 pha anatas. Vật liệu nano TiO2 được tạo ra từ những điều kiện tối ưu bằng phương pháp sol - gel ở nhiệt độ thấp 60°C. Phương pháp phủ quay được sử dụng để phủ nano TiO2 lên màng Nafion 117. Trên cơ sở phân tích nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho kết quả nano TiO2 có đường kính hạt 8 - 15nm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo màng mỏng TiO2 Anatase ở nhiệt độ thấp nhằm nâng cao hiệu suất cho pin nhiên liệu DMFC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG TIO2 ANATASE Ở NHIỆT ĐỘ THẤP NHẰM NÂNG CAO HIỆU SUẤT CHO PIN NHIÊN LIỆU DMFC Võ Công Toàn 1 Nguyễn Mạnh Tuấn 2,3 Dương Thị Hà Trang 4 TÓM TẮT: Chế tạo màng điện giải polymer trong pin nhiên liệu methanol trực tiếp (DMFC) bằng cách phủ lên màng Nafion 117 một lớp nano titanium dioxide TiO2 pha anatas. Vật liệu nano TiO­2 được tạo ra từ những điều kiện tối ưu bằng phương pháp sol - gel ở nhiệt độ thấp 60°C. Phương pháp phủ quay được sử dụng để phủ nano TiO2 lên màng Nafion 117. Trên cơ sở phân tích nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho kết quả nano TiO2 có đường kính hạt 8 - 15nm. Các phép đo độ thấm methanol và độ dẫn proton trên màng cho kết quả khi hàm lượng TiO2 tăng thì độ thấm methanol giảm từ 5 - 32%, đồng thời độ dẫn proton cũng giảm. Từ khóa: DMFC (Direct Methanol Fuel Cell), sol-gel, TiO2 anatase, Nafion. 1. Giới thiệu âm lượng methanol thấm qua sẽ bị oxy hóa thành Pin nhiên liệu là thiết bị cung cấp năng lượng carbon dioxide làm tăng nhiệt độ, gây tổn thất điện áp, đầy triễn vọng và được ứng dụng trong nhiều lĩnh làm giảm hiệu suất làm việc chung của pin DMFC. vực thực tế đời sống. Pin nhiên liệu là nguồn nhiên Để khắc phục vần đề, các nhà nghiên cứu tập trung liệu sạch, có hiệu quả kinh tế, không gây tiếng ồn và vào việc tạo ra màng trao đổi proton bằng vật liệu mới không làm hại môi trường. Việc thay thế, nạp thêm hoặc làm biến tính màng Nafion bằng các vật liệu vô nguyên liệu để duy trì hoạt động cũng dễ dàng và cơ, hữu cơ. Trong nghiên cứu này, để hạn chế lượng thuận lợi. Đặc biệt, pin nhiên liệu dùng methanol thấm của methanol qua màng chúng tôi sử dụng nano trực tiếp (Direct methanol fuel cell - DMFC) là TiO2 phủ lên màng Nafion 117 bằng phương pháp phủ nguồn năng lượng có tiềm năng để sử dụng cho các quay. Hạt sol nano TiO2 pha anatase được tổng hợp thiết bị di động như laptop, điện thoại, máy chụp bằng phương pháp sol - gel ở nhiệt độ thấp 60°C. Dựa ảnh..., vì nó có trong lượng thấp và hoạt động đơn vào các phép đo độ thấm methanol, độ dẫn proton để giản. Tuy nhiên để DMFC được thương mại hóa thì đánh giá kết quả đạt được. [1, 6] vẫn cần nhiều nổ lực nghiên cứu và phát triễn. 2. Thực nghiệm Trong DMFC thành phần chính là màng trao đổi 2.1. Quy trình tạo sol TiO2 proton. Hiện nay màng Nafion của hãng Dupont Hóa chất bao gồm titanium-tetraisoproposide được xem là màng thương mại tốt nhất cho DMFC. (TIIP) 98%, dung dịch ethanol 99,7%, dung dịch HCl Tuy nhiên, do đặc trưng cấu trúc của màng Nafion, 37%, nước và PEG 600 (polyethylene glycol với trọng một nhược điểm cần khắc phục là làm giảm lượng lượng phân tử trung bình là 600). Đầu tiên cho TIIP methanol lỏng thấm qua màng trong quá trình hoạt (2,5ml) vào hỗn hợp gồm 10ml ethanol và 0,25ml HCl, động của pin. Lượng methanol thấm qua màng sẽ khuấy từ (khuấy bằng cá từ) trong 30 phút ở nhiệt độ kéo theo electron di chuyển theo, đồng thời ở cực 1 Đại học Cần Thơ 2 Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 3 Học Viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 4 Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM Chuyên đề I, tháng 4 năm 2017 55 phòng. Tiếp theo cho 10ml nước vào hỗn hợp trên và Trong đó CB là nồng độ methanol trong ngăn B, VB khuấy từ tiếp trong 1,5 giờ, sau đó được nung 80°C là thể tích ngăn nhận B, P là độ thấm methanol qua trong 30 phút. Hỗn hợp trên được cho thêm 0,2ml PEG màng, d là độ dày của màng Nafion, CA là nồng độ 600 và khuấy từ 10 phút ở 80°C để thu được sol nano methanol trong ngăn A, S là diện tích của màng và k là TiO2 pha tạp PEG. độ dốc của đồ thị hàm số CB(t) theo thời gian t. [3, 4, 5] Trong quy trình trên HCl đóng vai trò là chất xúc 2.4. Đo độ dẫn proton của màng tác, ethanol là dung môi, PEG 600 đóng vai trò là chất Độ dẫn proton của màng thực hiện bằng phép đo hoạt động bề mặt để ổn định dung dịch sol. [3, 7] phổ tổng trở trên máy Autolab PGSTAT30 với phạm vi 2.2. Tạo màng nano TiO2 trên Nafion 117 tần số 10kHz - 10mHz và điện áp xoay chiều dao động Màng Nafio ...