نگاهی بر ساختار و خواص نفیون با تمرکز بر کاربرد آن در پیل سوختی پلیمری

نوع مقاله: تالیفی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

2 پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

10.22063/basparesh.2020.2714.1517

چکیده

در این مقاله به معرفی ساختار و خواص غشای تبادل پروتون نفیون به عنوان رایج‌ترین غشای مورد استفاده در فرآیندهای الکتروشیمیایی و جداسازی پرداخته شده است. به این منظور در ابتدا خانواده‌ی غشاهای پرفلوئوروسولفونیک اسید که نفیون مهم‌ترین عضو آن است معرفی شده‌اند. سپس مراحل سنتز نفیون همراه با جزئیات و چالش‌ها ارائه شده‌ است. ساختمان نفیون و مورفولوژی آن در مرحله‌ی بعد مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. روش نام‌گذاری انواع غشاهای نفیون بر اساس مشخصه‌ی وزن معادل نیز شرح داده شده است. در ادامه به وزن مولکولی و عوامل موثر بر عملکرد و خواص نفیون پرداخته شده است. خواص و مشخصه‌های غشای نفیون از جمله جذب آب، پایداری شیمیایی، رفتار حرارتی، خواص مکانیکی و عوامل موثر بر آن، هدایت پروتون و ساز و کارهای حاکم بر هدایت در این پلیمر مورد بحث قرار گرفته‌اند. در نهایت معایب غشاهای نفیونی اعم از عدم قابلیت کارکرد در دمای بالا و رطوبت کم و قیمت بالا ذکر شده است. در این راستا راهکارهای پیشنهادی توسط محققان جهت بهبود خواص و رفع معایب ارائه شده است. این راهکارها در دو بخش اصلاح غشاهای نفیونی و تهیه‌ی غشاهای جدید جایگزین شرح داده شده است. نگاهی مختصر بر کاربردهای نفیون، روش‌های تهیه‌ی غشا، فعال سازی و نگهداری آن و همچنین غشای نفیون تجاری ساخت شرکت دوپونت نیز صورت گرفته است. قابل ذکر است شرح این مطالب با تمرکز بر کاربرد این غشا در پیل‌های سوختی پلیمری انجام شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An Overview on Structure and Properties of Nafion Regarding PEM Fuel Cell Application

نویسندگان [English]

  • Shahram Mehdipour-Ataei 1
  • Maryam Mohammadi 2
1 academic staff ippi
2 Iran Polymer and Petrochemical Institute
چکیده [English]

In this paper, the structure and properties of the ion exchange Nafion membrane are presented as the most common membrane in electrochemical and separation processes. To this end, the family of perfluorosulfonic acid membranes has been introduced. The details and challenges of Nafion synthesis are then interpreted. The structure and morphology of Nafion are studied in the next step. The nomenclature, as well as the equivalent weight characteristic of diverse types of Nafion membranes, is also described. In the following, the molecular weight and factors affecting the performance and properties of Nafion are discussed. The properties and characteristics of Nafion membrane, including water absorption, chemical stability, thermal behavior, mechanical properties, proton conduction as well as governing mechanisms are explained. Finally, the disadvantages of these membranes, including the low performance at high temperatures and low humidity as well as high prices, are mentioned. The solutions to remove the obstacles are proposed. These strategies are described in two sections: modification of Nafion membranes and the preparation of alternative membranes. A brief look at the applications of Nafion, the preparation methods of the membrane, activation, and maintenance, as well as the commercial Nafion membrane by DuPont, is done. Notably, the description of this material is performed by focusing on the application of this membrane in fuel cells.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nafion
  • structure
  • Properties
  • Applications
  • PEM fuel cell