دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

مهندس آیدا کریمی دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی، به صورت مجازی در ساعت ۱۷:۳۰ روز دوشنبه ۳۰ فروردین ۱۴۰۰، از رساله خود با عنوان « مدلسازی و بررسی آزمایشگاهی پدیده تخریب در غشا تبادل پروتون هیدروکربنی در پیل‌های سوختی»با راهنمایی دکترسوسن روشن ضمیر دفاع خواهد نمود.

به دست آوردن همزمان سه خصیصه‌‌ی"عملکردخوب"،"قیمت مناسب"و"دوام لازم"چالش جدیدپیش‌رو ی محققان عرصه‌ یپیل‌های سوختی است.با وجود اینکه غشاهای هیدروکربنی،به دلیل قیمت مناسب،نسبت به غشا‌های پرفلورینه مورد توجه ویژه‌ای قرارگرفته‌اند،لیکن،مسئله دوام و عملکرد طولانی مدت آن‌هاهمچنان نیازبه پژوهش و بهبوددارد. این پژوهش، به هدف بررسی تجربی فرآیند تخریب در غشای هیدروکربنی اسپیک و توسعه مدلی برای بیان این پدیده صورت گرفت. در این راستا در بخش تجربی غشای اسپیک ساخته شد و بر روی آن آزمون‌های تسریع یافته تخریب اعمال شد. طی فرآیند تخریب، از غشا نمونه‌برداری شد و آزمون‌های مختلفی،برای بررسی روند تخریب و نحوه‌ی تاثیر آن بر ویژگی‌های غشا، بر روی این نمونه‌ها انجام شد. برای مثال نشان داده شد که در تخریب شیمیایی جذب آب غشا  تا ۷۰% افزایش می‌یابد، داده‌های FTIR نشان داد که طی تخریب شیمیایی بیشترحلقه‌ی آروماتیکی که گروه سولفون داشته مورد حمله قرار گرفته است‌، داده‌های آزمون HNMR کاهش ۶% درجه سولفون‌دار شدن را نمایان کرد و آزمون تراوایی نشان داده که غشا اسپیک نفیان ۱۵۰%بیش از غشا اسپیک تخریب شده در برابر هیدروژن تراوایی دارد.
 در راستای مدلسازی این پدیده، دو زیر-مدل یکی برای اعمال تغییرات جذب آب در غشا و تاثیر آن بر هدایت پروتونی (زیر-مدل هیدراسیون) و دیگری زیر-مدلی برای بیان سینتیک حمله‌ی رادیکال‌ها به بدنه‌ی پلیمری غشا (زیر-مدل سینتیک تخریب) ساخته شد. زیر-مدل هیدراسیون در فضای MATLAB  طراحی شد و علاوه بر امکان تخمینِ میزانِ جذب آب و هدایت پروتونی، در شرایط عملیاتی گوناگون، بهینه شرایط عملیاتیکار با پیل سوختی با غشا اسپیکرا نیزمشخص کرد. نتایج به دست آمده از زیر-مدل سینتیک تخریب،نحوه‌ی تغییرِ توزیعِ طولِ زنجیره‌های پلیمری و همچنین وزن میانگین مولکولی پلیمر را با زمان تخریب و  اثر آن را بر برخی ویژگی‌های مهم غشا، نشان داد. سر انجام،با اعمال معادله‌های حاکم بر پدیده‌های انتقال موجود در یک پیل سوختی مدلی پویا از یک مجموعه الکترود-غشا با غشا اسپیک توسعه داده شد و با وارد کردن زیر-مدل‌های بالا در آن، مدل کلی تخریب غشا اسپیک در یک پیل سوختی شکل گرفت. نتایج حاصل، افت عملکرد پیل سوختی در اثر تخریب را پیش‌بینی کرد.  از آن جمله می‌توان به افت ولتاژ مدار-باز این پیل در زمان اشاره ‌کرد. این داده‌های افت ولتاژ با داده‌های تجربی مقایسه و اعتبار سنجی شد و خطای قابل قبول ۱۵% را نمایان کرد.