नवीकरणीय ऊर्जा और अनुप्रयोगों के बुनियादी सिद्धांतों का जर्नल
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उच्च तापमान प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन कोशिकाओं के लिए फॉस्फोनेटेड एसबीए-15/फॉस्फोनेटेड पीएसईबीएस कम्पोजिट झिल्ली

धर्मलिंगम संगीता

प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (PEMFC) अपनी पोर्टेबिलिटी, साइलेंट ऑपरेशन और हाई पावर डेंसिटी के कारण भविष्य के लिए एक आकर्षक ऊर्जा स्रोत बनते जा रहे हैं। उनकी दक्षता में सुधार करने के साथ-साथ तकनीक को किफायती बनाने के प्रयास किए गए हैं। ईंधन सेल दक्षता के संदर्भ में कई पैरामीटर काम आते हैं, जिनमें से ऑपरेटिंग तापमान सबसे महत्वपूर्ण है। विशेष रूप से, उच्च तापमान PEM ईंधन सेल (HTPEMFC) में अधिक गुण हैं जैसे उच्च दक्षता, कार्बन मोनोऑक्साइड विषाक्तता के खिलाफ इलेक्ट्रोड की बेहतर सहनशीलता, तेज़ प्रतिक्रिया गतिज और प्रभावी गर्मी हस्तांतरण। चूंकि आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले परफ्लुओरिनेटेड झिल्ली, जैसे कि नैफ़ियन, की प्रोटॉन चालकता बाहरी आर्द्रीकरण पर अत्यधिक निर्भर है, इसलिए उनका ऑपरेटिंग तापमान 100 °C तक सीमित है। इसलिए PEMFC में सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक थर्मली स्थिर झिल्ली का निर्माण करना है जो निर्जल स्थितियों के तहत 100 °C से ऊपर के तापमान पर काम कर सके।

वर्तमान कार्य में उच्च तापमान ईंधन सेल इलेक्ट्रोलाइट के लिए फॉस्फोनेटेड SBA-15/फॉस्फोनेटेड पॉली (स्टाइरीन-एथिलीन-ब्यूटिलीन-स्टाइरीन) (PSEBS) मिश्रित झिल्ली विकसित की गई है। मेसोपोरस सांता बारबरा एमोर्फस (SBA-15) को संश्लेषित किया गया और इसे क्लोरोमेथिलेशन और उसके बाद फॉस्फोनेशन से जुड़ी एक सरल दो-चरणीय प्रक्रिया का उपयोग करके फॉस्फोनेट कार्यक्षमता के साथ ग्राफ्ट किया गया। फ़ॉस्फ़ोनेटेड SBA-15 (PSBA-15) को सफल संशोधन की पुष्टि के लिए फूरियर ट्रांसफ़ॉर्म इंफ़्रा-रेड (FTIR) स्पेक्ट्रोस्कोपी, सॉलिड स्टेट 13C न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस (NMR), 29Si NMR, 31P NMR का उपयोग करके विशेषता दी गई। छोटे कोण एक्स-रे विवर्तन (XRD), स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) और ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी TEM विश्लेषण द्वारा आकृति विज्ञान विशेषताओं को सत्यापित किया गया। पॉली (स्टाइरीन-एथिलीन-ब्यूटिलीन-स्टाइरीन) (PSEBS) को आधार बहुलक के रूप में चुना गया और फॉस्फोनिक एसिड कार्यात्मक समूहों को उपर्युक्त दृष्टिकोण का उपयोग करके बहुलक पर ग्राफ्ट किया गया, जहां क्लोरोमेथिल (-CH2Cl) समूहों को फ्रीडेल क्राफ्ट के एल्केलेशन का उपयोग करके मुख्य श्रृंखला से जोड़ा गया, इसके बाद माइकल्स-अर्बुजोव प्रतिक्रिया द्वारा क्लोरोमेथिलेटेड बहुलक के फॉस्फोनेशन के परिणामस्वरूप फॉस्फोनेटेड PSEBS (PPSEBS) प्राप्त हुआ। NMR और FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी अध्ययनों का उपयोग करके कार्यात्मककरण की पुष्टि की गई। PSBA-15 के विभिन्न भराव सांद्रता (2, 4, 6, और 8%) के साथ समग्र PPSEBS/PSBA-15 झिल्ली का निर्माण किया गया। ईंधन सेल अनुप्रयोगों के संबंध में विभिन्न अध्ययन जैसे कि जल अवशोषण, आयन विनिमय क्षमता और समग्र झिल्ली की प्रोटॉन चालकता को अंजाम दिया गया। अध्ययनों से यह पाया गया कि 6% wt फिलर वाली PPSEBS/PSBA-15 झिल्ली ने 140 °C पर 8.62 mS/cm की अधिकतम प्रोटॉन चालकता प्रदर्शित की। अंत में, PPSEBS/6% PSBA कम्पोजिट झिल्ली, प्लैटिनियम (Pt) एनोड, Pt कैथोड का उपयोग करके झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली (MEA) का निर्माण किया गया और इन-हाउस निर्मित ईंधन सेल  सेटअप में इसका परीक्षण किया गया। 140 °C पर बिना नमी वाली स्थिति में 226 mW/cm2 का अधिकतम पावर घनत्व और 0.89 V का ओपन सर्किट वोल्टेज प्राप्त किया गया।