1- فصلاول. 1
1-1-مقدمه             2
1-2- تاریخچه   4
1-2-1-تاریخچهپیلسوختیPEM… 6
1-3-مزایاومعایبپیلسوختی                   7
1-4-شناختکلیپیلسوختی                    9
1-5-پیلسوختیPEM    13
1-6-لایههایتشکیلدهندهپیلسوختیغشاءپلیمری   14
1-6-1- لایهنفوذگاز. 15
1-6-2- لایهکاتالیست… 16
1-6-3- غشاء    18
1-7-عملکردپیلسوختی          20
1-7-1- افتفعال‌سازی.. 22
1-7-2- افتجریانداخلی.. 24
1-7-3- افتاهمیک    25
1-7-4- افتغلظت    26
1-8-مروریبرمقاله‌ها 28
1-8-1-لایهکاتالیست… 28
1-8-2-لایهنفوذگازوغشاء. 33
1-9-اهدافپروژهوخلاصهایازکارهایصورتگرفته  35
2- فصلدوم. 37
2-1-معرفیلایهکاتالیست    38
2-2-شرحپدیده‌هاییکهدرلایهکاتالیسترخمی‌دهد  41
2-2-1-مدللایهنازک… 42
2-2-2-مدلهمگن   43
2-2-3-مدلتوده‌ای   45
2-3-استخراجروابطحاکمبرمدلتودهای                  48
2-4-نرخواکنشالکتروشیمیاییدرمدلتوده‌ای   49
2-4-1-واکنشکاهشاکسیژندرونتوده 49
2-4-2-نرخحجمیواکنشکاهشاکسیژن. 54
2-4-3-نفوذاکسیژندرونفیلمآیونومراطرافتوده 56
2-4-4-نرخواکنشالکتروشیمیایی.. 57
2-5-انتقالجرماکسیژن           60
2-6-محاسبهافتفعال‌سازی      63
2-7-شرایطمرزی      64
2-7-1-شرایطمرزیدرسطحمشترکلایهنفوذگازبالایهکاتالیست(z=0): 64
2-7-2-شرطمرزیدرسطحمشترکغشاءبالایهکاتالیست(z=LCL): 65
2-8-شرحیبرپارامترهایاستفادهشدهدرمدل‌سازی      66
2-8-1-مساحتسطحمؤثرپلاتین.. 66
2-8-2-تخلخللایهکاتالیست… 68
2-8-3-اندازهتوده 72
2-9-روشحل       73
2-10-نتایج      73
2-10-1-صحتسنجی.. 74
2-10-2-بحثدرنتایج.. 76
2-10-3-اثرپارامترهایعملکردیپیلبررویکارایی.. 78
2-10-4-اثرپارامترهایساختاریپیلبررویکارایی.. 81
2-11-مطالعهحساسیت     85
3- فصلسوم. 86
3-1-معرفیغشاءولایهنفوذگاز  87
3-2-شرحیبرمدلارائهشدهبرایغشاءولایهنفوذگاز  90
3-3-بالانسجرمیاجزاءورودیبهپیلدرکانال‌هایسمتآندوکاتد  91
3-4-معادلاتحاکمبرلایه‌ها              95
3-4-1-معادلاتحاکمبرلایهنفوذگاز. 95
3-4-2-معادلاتحاکمبرغشاء. 97
3-4-3- معادلاتحاکمبرلایهکاتالیست… 101
3-5-شرحیبرپارامترهایمورداستفادهدرمدل‌سازی   102
3-6-روشحلمعادلاتحاکمدرلایه‌هایمختلف    103
3-7-نتایجوبحثدرآن‌ها 105
3-7-1- صحتسنجی.. 106
3-7-2- مکانیزمانتقالآبدرونغشاء. 108
3-7-3- مطالعاتپارامتریک… 109
4-فصلچهارم. 115
4-1-نتیجهگیری   116
4-2-خلاصهایازنتایجمدل‌سازی: 117
4-3-پیشنهادها   119
مراجع.. 120
پیوست‌ها 125
 
 
فهرست شکل‌ها
شکل‏1‑1: شماتیکطریقهعملکردپیلسوختیPEM [3]. 10
شکل‏1‑2: شماییازیکلایهنفوذگازیدولایه. 15
شکل‏1‑3: نماییازلایهکاتالیست. 17
شکل‏1‑4: شاخهپلیمریپرفلئوروسولفونیکاسید(Perfluorosulfonate). 19
شکل‏1‑5: منحنیقطبیتیکپیلسوختی [9].

21
شکل‏1‑6: نمودارتافلبرایواکنش‌هایالکتروشیمیاییسریعوکند [4]. 23
شکل‏2‑1: نمایشگرافیکیسطحیکهدرآنواکنشرخمی‌دهد[8]. 39
شکل‏2‑2: شماتیکمدللایهنازکباتقارنمحورینشاندادهشدهبوسیلهخطچین [28]. 42
شکل‏2‑3: تصویرشماتیکلایهکاتالیستسمتکاتدبراساسمدلهمگن [14]. 43
شکل‏2‑4: نماییازلایهکاتالیستهمگنوتودهایواجزاءتشکیلدهندهآنها. 44
شکل‏2‑5: (الف) نمایلایهکاتالیستبهروشتوده‌ایکهبینلایهنفوذگازوغشاءفشردهشدهاست (ب) نمایبزرگشدهازیکعددتودهموجوددرلایهکاتالیست. 47
شکل‏2‑6: تصویرSEMلایهکاتالیست [19]. 48
شکل‏2‑7: تغییراتشعاعیغلظتبیبعداکسیژندرونیکتودهبرایمدولتایلیمختلف. 53
شکل‏2‑8: شماتیکشروطمرزیدردوطرفلایهکاتالیست. 66
شکل‏2‑9: صحتسنجیمنحنیقطبیتمدلتودهایبانتایجمنتشرشده، (الف) صحتسنجیاول (ب) صحتسنجیدوم. 75
شکل‏2‑10: نمودارمیلهTerms I, IIوبررسیاثرآن‌هابرمنحنیقطبیت. 77
شکل‏2‑11: اثرپارامترهایعملکردیبرکاراییپیلسوختی (الف) فشار (ب) دما. 80
شکل‏2‑12: مقاومتویژهپیل، ،برحسبدمادرچگالیجریان0.5 A/cm2براینفیونN117 (Lmem=175 [mm]). 80
شکل‏2‑13: (الف) تغییراتولتاژوچگالیتوانبرحسبچگالیجریانبرایمقادیرمختلفشعاعتودهوضخامتفیلمآیونومراطرافهرتوده (ب) اثرکسرحجمیغشاءدرونتودهبررویکاراییپیلسوختی. 83
شکل‏2‑14: اثرLi,aggبرتعدادتوده‌هادرواحدحجملایهکاتالیستn. 84
شکل‏3‑1: ساختارPTFE. 88
شکل‏3‑2: محتویاتآبغشاءاندازهگرفتهشدهبراینفیونN117دردمایoC30 [27]. 89
شکل‏3‑3: شماتیکپیلسوختیغشاءپلیمریموردمطالعه. 91
شکل‏3‑4: بلوکدیاگرامحل. 104
شکل‏3‑5: صحتسنجیکسرمولیاکسیژنوآبدرونلایهنفوذگازسمتکاتد(XCH= 1). 107
شکل‏3‑6: صحتسنجیجزآبدرونغشاء(XCH = 1). 107
شکل‏3‑7: بررسیمکانیزم‌هایانتقالآبدرونغشاء. 109
شکل‏3‑8: اثرتغییراتدمابررویجزءآبموجوددرغشاء. 110
شکل‏3‑9: اثرتغییراتدمابرقابلیتهدایتپروتونیغشاء. 111
شکل‏3‑10: پروفیلجزءآبدرونغشاءبهازایچگالیجریان‌هایمختلف. 112
شکل‏3‑11: منحنیمقاومتاهمیکبرحسبچگالیجریانپیلدرسهدمایمتفاوت. 112
شکل‏3‑12: اثرضخامتغشاءبررویمقاومتاهمیکپیل. 113
شکل‏3‑13: منحنیقطبیتبهازایضخامتغشاءهایمختلف. 114
 
فهرست جدول‌ها
جدول‏2‑1: مساحتموثرکاتالیستبرایدرصدهایمختلفپلاتین–کربن. 40
جدول‏2‑2: پارامترهایعملکردی،فیزیکیوسینیتکیمدل (حالتپایه). 71
جدول‏2‑3: رتبهبندیاثرپارامترهایساختاریوعملکردیبرچگالیتوانپیلسوختی. 85
جدول‏3‑1: پارامترهایساختاری،عملکردیوسینیتکیبرایحالتپایه. 102

علائم اختصاری
 
مساحت در واحد جرم سطح واقعی انجام واکنش M2/Kg
As
شیب منحنی تافل در معادله (1- 4)V
A
ضریب فعالیت آب در معادله (3- 27)
A
مساحت در واحد حجم سطح قابل نفوذ برای کل توده‌هاm2/M3
Aagg
مساحت در واحد حجم سطح مؤثر پلاتین M2/M3
Aeff
ضریب افت غلظت V
B
غلظت Mol/M3
C
ضریب نفوذ M2/S
D
ضریب تأثیر
Er
ولتاژ بازگشت‌پذیرv
Erev
ثابت فارادی C/Mol 96385.3415
F
ثابت هانریatm.M3/Mol
H
چگالی جریانA/M2
I, I
شار مولی Mol/M2.S
J
ثابت نیم واکنش 1/S
Kc
ضریب قابلیت هدایت پروتونی S/M
K
کسر حجمی اجزاء
L
ضخامت غشاء M
Lmem
بارگذاری جرمیm2/Kg
M
جرم مولکولی Kg/Mol
M
تعداد الکترون‌های انتقالی به ازای یک مول مصرف سوخت
N
شار مولی اجزاءmol/M2.S
N
فشار Atm
P
چگالی توان پیل W/M2
Pcell
بار الکتریکی C
Q
نرخ مصرف حجمی Mol/M3.S
R
ثابت جهانی گازها J/Mol.K 8.314
R
مقاومت اهمیکW.M2
ROhmic
مقاومت نفوذ اکسیژن از طریق فاز غشاء S/M2
 
مقاومت نفوذ اکسیژن از طریق آبs/M2
 
مختصات شعاعی M
R
دما K
T
حجم توده M3
Vagg
حجم مولار اکسیژن در نقطه جوش نرمال M3/Mol 25.6
 
کسر مولی اجزاء
X
مختصه مکانی در دستگاه مختصات M
Z
 
 
علائم یونانی
 
نسبت شار مولی
A
ضریب انتقال بار آند و کاتد
Ac,Aa
ضخامت M
D
تخلخل
E
مدول تایلی
F
افت ولتاژ V
H
محتویات آب غشاء
L
ویسکوزیته آب CP
M
زاویه فاز هر جزء
Q
چگالی Kg/M3
R
قابلیت هدایت الکترونی S/M
S
پارامتر وابستگی
Y
ضریب استکیومتری
Z
 
 
زیرنویس‌ها و بالانویس‌ها
 
مؤثر
Eff
تبادلی
0
بی‌بعد
*
میانگین
¯
فعال‌سازی
Act
توده
Agg
کربن
C
لایه کاتالیست
CL
آیونومر
I
آیونومر درون توده
I,Agg
محدود کننده
L
جریان داخلی
N
اکسیژن در سطح خارجی توده
O2,L
اکسیژن نفوذی در غشاء
O2,N
اکسیژن در سطح داخلی توده
O2,S
اکسیژن نفوذی در آب
O2,W
ذرات پلاتین – کربن
Pt/C
واکنش‌دهنده
R
مرجع
Ref
جامد
S
اشباع
Sat
آب آند
W,A
آب کاتد
W,C