2-7-2- سل- ژل…………………………….. 13

 

2-7-3- رسوبی و همرسوبی (رسوبگذاری)…………………………….. 14

 

2-8-  پیل سوختی چیست؟…………………………….. 15

 

2-9- تاریخچه پیل سوختی……………………………… 18

 

2-10- انواع پیل های سوختی……………………………… 19

 

2-10-1- پیل سوختی اسید فسفریك  (PAFC)……………………………. 19

 

2-10-2- پیل سوختی قلیایی (AFC)……………………………. 20

 

2-10-3- پیل سوختی كربنات  مذاب (MCFC)……………………………. 20

 

2-10-4- پیل  سوختی الکترولیت پلیمر یا غشای مبادله کننده پروتون(PEFC)………21

 

2-10-5- پیل  سوختی  اكسید جامد (SOFC) …………………………….22

 

2-10-5-1- تاریخچه پیل ‌سوختی اكسید جامد (SOFC)…………………. 22

 

2-10-5-2- وظیفه صفحات الكترود متخلخل در پیل ‌سوختی اکسید جامد شامل موارد زیر است……24

 

2-10-5-3- روابط و واکنشهای موجود در یک پیل سوختی اکسید جامد……………. 24

 

2-10-5-4- نیروی الکتروموتیو (EMF) و معادله  نرنست برای پیل های سوختی اکسید جامد…….. 25

 

2-10-5-5- پتانسیل الکتروشیمیایی و رسانایی یونی در پیل های سوختی اکسید جامد………. 26

 

2-10-5-6- محاسبه رسانایی الکتریکی و مقاومت الکتریکی برای پیل های سوختی اکسید جامد…… 26

 

2-10-5-7-  جزئیات عملکرد پیل های سوختی اکسید جامد…………………..26

 

2-11-  مقایسه كلی بین پیل های سوختی از نظر دمای كاركرد و  بازده و توان تولیدی…..29

 

2-12- مزایا و معایب پیل های سوختی……………………………… 30

 

2-13- موانع پیش روی استفاده از پیل های سوختی…………….. 31

 

2-14-  کاربرد های  پیل سوختی……………………………… 32

 

2-15- زیرکونیا……………………………. 33

 

2-15-1- خواص  فیزیكی، مكانیكی، و شیمیائی زیركونیا………………. 33

 

2-15-2- پلی مورف های زیركونیا……………………………. 34

 

2-15-2-1-  فاز مونوكلینیك زیركونیا……………………………. 34

 

2-15-2-2- فاز تتراگونال زیركونیا …………………………….35

 

2-15-2-3- فاز مکعبی زیركونیا……………………………. 35

 

2-15-3- كاربرد های زیركونیا……………………………. 35

 

2-15-3-1- كاربرد های مبتنی بر خواص الكتریكی زیركنیا………………………. 36

 

2-15-3-2- كاربرد های مبنی بر دیرگدازی زیركونیا……………………………. 36

 

2-15-3-3- كاربرد های مبتنی بر خواص مكانیكی……………………………… 37

 

2-16- مقدمه ای برآند پیل سوختی اکسید جامد…………………………….. 37

 

2-17- ناحیه سه فازی درآند…………………………….. 38

 

2-18-  انواع مواد آندی……………………………… 39

 

2-18-1-  سرمتYSZ  –Ni…………………………….

 

2-18-2- فلورایت ها …………………………….41

 

2-18-3- مواد آندی پروسکایت………………………………. 44

 

2-18-4- مواد آندی تنگستن برنز…………………………….. 48

 

2-18-5- مواد آندی پیروکلر…………………………….. 49

 

2-18-6- مواد آندی سولفور آزاد…………………………….. 50

 

2-19- توسعه سینتیک و مکانیسم واکنش و مدل آند ها …………………51

 

2-20- توسعه تکنولوژی های ارزان قیمت برای تولید و ساخت آند………….55

 

فصل سوم : فعالیت های آزمایشگاهی……………………………… 58

 

3-1- مواد اولیه مورد استفاده …………………………….59

 

3-2- روش کار…………………………….. 60

 

3-2-1- مراحل سنتز پودر (AZ)…………………………….. 60

 

3-2-1-1- مرحله اول: اختلاط مواد اولیه…………………………….. 61

 

3-2-1-2- رفلاکس سیستم…………………………….. 61

 

3-2-1-3- مرحله سوم: سانتریفیوژ محلول…………………………….. 62

 

3-2-1-4- مرحله ی چهارم : شستشو رسوب بدست آمده …………….62

 

3-2-1-5- مرحله پنجم: خشک کردن و عملیات حرارتی اولیه………… 62

 

3-2-2- سنتز پودر AZN))……………………………..

 

3-2-3- سنتز پودر (AZNC) …………………………….63

 

 

3-3- تهیه و ساخت آند پیل سوختی اکسید جامد………………… 64

 

3-3-1- روش خشک………………………………. 65

 

3-3-1-1- تخلخل زای: PVA (پلی ونیل استات)…………………… 65

 

3-3-1-2- تخلخل زای: T.P.P (تری فنیل فسفین)………………… 67

 

3-3-1-3- تخلخل زای :خاک اره……………………………. 68

 

3-3-1-4- تخلخل زای:CMC  (کربوکسی متیل سلولز)……………….. 69

 

3-3-1-5- تخلخل زای: نمک طعام  (NaCl )………………………….. 70

 

3-3-1-6- تخلخل زای:  شکر…………………………….. 70

 

3-3-1-7- تخلخل زای: اوره Urea……………………………..

 

3-3-1-8- تخلخل زای:PEG  (پلی اتیلن گلیکول)…………………………….. 72

 

3-3-1-9- تخلخل زای :MC  (متیل سلولز)…………………………….. 73

 

3-3-1-10- تخلخل زای: مخلوط PVA و T.P.P……………………………..

 

3-3-1-11- تخلخل زای : مخلوط T.P.P وMC………………………………

 

3-3-1-12- تخلخل زای: اختلاط  PVAو  PEG………………………………

 

3-3-1-13- تخلخل زای: PEG وMC………………………………

 

3-3-1-14- تخلخل زای: PEG وT.P.P……………………………..

 

3-3-1-15- تخلخل زای: PVA، PEG، MC………………………………

 

3-3-1-16- تخلخل زا ی : PVA،PEG ، T.P.P……………………………..

 

3-3-2- روش تر…………………………….. 78

 

3-3-2-1- تخلخل زای: PVA (پلی ونیل استات)…………………………….. 78

 

3-3-2-2- تخلخل زای : T.P.P (تری فنیل فسفین)…………………………….. 80

 

3-3-2-3- تخلخل زای:  MC(متیل سلولز)…………………………….. 82

 

3-3-2-4- تخلخل زا:PEG  (پلی اتیلن گلیکول)…………………………….. 83

 

3-3-3- ساخت آند نهایی توسط PEG………………………………

 

3-4- اندازه گیری چگالی قطعات ساخته شده……………………………. 87

 

3-4-1- دانسیته ارشمیدسی……………………………… 87

 

3-4-2-  دانسیته معمولی……………………………… 87

 

3-5- تجهیزات مورد استفاده……………………………. 88

 

3-5-1- آنالیز براش اشعه ایکس (XRD) …………………………….88

 

3-5-2- آنالیز طیف سنجی مادون قرمز فوریه (FTIR)……………………………. 88

 

3-5-3- آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز (EDX) ……………88

 

3-5-4- آنالیز UV-vis……………………………..

 

3-5-5- آنالیزمیکروسکوپ الکترونی عبوری TEM……………………………….

 

فصل چهارم : نتایج و بحث………………………………. 90

 

4-1- بررسی خواص فیزیکی وشیمیایی پودرسنتزشده…………………….. 91

 

4-1-1- بررسی نتایج حاصل ازآنالیزتفرق اشعه ی ایکس…………………… 91

 

4-1-1-1- نمونهAZ………………………………

 

4-1-1-2- نمونه : AZN………………………………

 

4-1-1-3- نمونه AZNC………………………………

 

4-1-2- ارزیابی تثبیت فازی در نمونه های تهیه شده، با استفاده از آنالیز پراش اشعه ی ایکس………98

 

4-1-2-1- نمونه AZ………………………………

 

4-1-2-2-  نمونه AZN………………………………

 

4-1-2-3-  نمونه AZNC………………………………

 

4-1-2- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز…………………………….. 101

 

4-1-2-1- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمزنمونه AZ…………………

 

4-1-2-2- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز نمونه AZN………………

 

4-1-2-3- نتایج حاصل از طیف سنجی مادون قرمز نمونه AZNC………………

 

4-1-3- نتایج حاصل از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشیSEM  و عبوری TEM…………

 

4-1-3-1- نتایج آنالیز SEM  برای نمونه AZ………………………………

 

4-1-3-2-  نتایج آنالیز  TEMبرای نمونه AZ………………………………

 

4-1-3-3- نتایج آنالیز  SEMبرای نمونه  AZN………………………………

 

4-1-3-4- نتایج آنالیز  TEMبرای نمونه AZN………………………………

 

4-1-3-5- نتایج آنالیز  SEM برای نمونه AZNC………………………………

 

4-1-3-6- نتایج آنالیز  TEMبرای نمونهAZNC………………………………

 

4-1-4- نتایج حاصل از تست EDX………………………………

 

4-1-4-1- نتایج حاصل از تست EDX برای نمونه AZ………………………………

 

4-1-4-2- نتایج حاصل از تست EDX برای نمونهAZN………………………………

 

4-1-4-3- نتایج حاصل از تست  EDXبرای نمونه AZNC………………………………

 

4-1-5- نتایج حاصل از تست UV-vis……………………………..

 

4-1-5-1- نتایج حاصل از تست UV-vis برای نمونه AZ………………………………

 

4-1-5-2- نتایج حاصل از تست UV-vis برای نمونه AZN………………………………

 

4-1-5-3- نتایج حاصل از تست UV-vis برای نمونه AZNC………………………………

 

4-1-6-  نتایج حاصل از قطعات ساخته شده به روش اختلاط خشک…………….. 121

 

4-1-6-1- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای PVA…………………..

 

4-1-6-2- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای T.P.P…………………..

 

4-1-6-3- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با خاک اره……………………………. 121

 

4-1-6-4- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با CMC………………………………

 

4-1-6-5- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با نمک طعام………………………… 121

 

4-1-6-6- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با شکر…………………………….. 121

 

4-1-6-7- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با اوره …………………………….122

 

4-1-6-8- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEG………………………………

 

4-1-6-9- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با MC………………………………

 

4-1-6-10- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PVA و T.P.P……………………….

 

4-1-6-11- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با MC و T.P.P……………………..

 

4-1-6-12- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با  PVA و PEG……………………….

 

4-1-6-13- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با  PEGوMC………………………..

 

4-1-6-14- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با PEG  و T.P.P……………………..

 

4-1-6-15- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با  PEGو PVA و MC………………

 

4-1-6-15- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با  PEGو PVA و T.P.P……………….

 

4-1-7-  نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زا ها با حلال برای تهیه یک تخلخل زای مناسب……123

 

4-1-7-1-  نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای  PVA و حلال…………………………….. 123

 

4-1-7-2-  نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای  T.P.P و حلال…………………………….. 124

 

4-1-7-3-  نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای  MCو حلال…………………………….. 124

 

4-1-7-4-  نتایج حاصل از اختلاط تخلخل زای  PEGو حلال…………………………….. 124

 

4-1-8-  نتایج حاصل از قطعات ساخته شده به روش اختلاط تر………………………… 125

 

4-1-8-1- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای PVA   به روش اختلاط تر…….125

 

4-1-8-2- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای T.P.P به روش اختلاط تر………125

 

4-1-8-3- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای MC  به روش اختلاط تر……….125

 

4-1-8-4- نتایج حاصل از قطعات ساخته شده با تخلخل زای PEG  به روش اختلاط تر……….125

 

4-9-1- نتایج حاصل از دانسیته ارشمیدسی برای قطعات……………………… 126

 

4-10-1- نتایج حاصل از دانسیته معمولی برای قطعات…………………………. 127

 

فصل پنجم : نتیجه گیری وپیشنهادات………………………………. 128

 

5-1- نتیجه گیری نهایی……………………………… 129

 

5-2-  پیشنهادات………………………………. 130

 

مراجع……………………………… 131

 

چکیده:

 

نانومحلول های  جامد Al/ZrO₂ وAl -Ni/ZrO₂  و Al-Ni-Cu/ZrO₂ به روش سنتز هم رسوبی با استفاده از هیدرولیز نمک های زیرکونیوم، آلومینیوم، نیکل و مس در اتانول آماده سازی شدند. محلول های جامد تهیه شده دردماهای مختلف و تحت اتمسفر هوا عملیات حرارتی شدند.و نقش عملیات حرارتی در تثبیت فاز مونوکلینیک در دماهای مختلف توسط XRD بررسی شد. خواص فیزیکی و شیمیایی نانومحلول های جامد تهیه شده توسط آنالیزهای FTIR ,UV-vis ,TEM ,SEM و EDX مورد بررسی قرارگرفت. باتوجه به نتایج آنالیز XRDتثبیت فازمونوکلینیک در محلول جامد صورت گرفته و نتایج SEM مورفولوژی کروی و یکنواختی اندازه ذرات رابرای نمونه های تهیه شده نشان می دهند. پودر های تهیه شده به منظور تولید مواد پایه آند پیل سوختی اکسید جامد، به روش تر و باتخلخل زای پلی اتیلن گلیکول مخلوط شده و توسط پرس هیدرولیک یکطرفه شکل دهی شدند و استحکام و دانسیته در آنها به مقدار بهینه رسید. دانسیته نسبی برای بهترین نمونه مقدار062/3 گرم برسانتی متر مکعب بدست آمد و تخلخل نمونه ها در حدود40-50 درصد محاسبه شد.