گروه مهندسی شیمی

آزمایشگاه پیل سوختی و باتری

دستگاه پتانسیو استات-گالوانو استات

 

دستگاه پتانسیو استات-گالوانو استات

توصیف دستگاه پتانسیو استات-گالوانو استات:

دستگاه پتانسیواستات به منظور نگهداری پتانسیل (ولتاژ) در مقداری ثابت بین یک الکترود کار و یک الکترود مرجع به کار گرفته می­شود. دستگاه گالوانواستات نیز به منظور نگهداری عبور جریان ثابت از یک سل الکتروشیمیایی به کار گرفته می­شود. این دستگاه در زمینه­های الکتروشیمی، مطالعات خوردگی آزمایش­های ولتامتری استفاده می­شود.

کاربردهای دستگاه پتانسیو استات-گالوانو استات:

  • رسم منحنی مشخصه­ی باتری لیتیوم و سلول­های خورشیدی
  • رسم نمودارهای مشخصه محلول الکتروشیمیایی
  • بدست آوردن توان، بازدهی، ولتاژ مدار باز و جریان مدار بسته در سلول­های خورشیدی
  • اندازه­گیری مقاومت و رسانایی مواد رسانا و نیمه رسانا
  • تعیین میزان پایداری الکتروشیمیایی الکترولیت در باتری­ها

ویژگی­های دستگاه پتانسیو استات-گالوانو استات:

  • رسم نمودار ولتاژ بر حسب جریان
  • رسم نمودار جریان برحسب ولتاژ
  • قابلیت انتخاب محدوده­ی جریان و ولتاژ
  • قابلیت نمونه برداری تا 1000 نمونه بر ثانیه
  • قابلیت تنظیم محدوده­ی اسکن جریان یا ولتاژ
  • محاسبه­ی شیب نمودار و معادله­ی خط منطبق شده بر آن
  • محدوده­ی جریان تا 100 mA در پنج رنج 100 mA, 10 mA, 1 mA, 100 uA, 10 uA
  • محدوده­ی ولتاژV  10  در سه رنج
  • امپدانس اندازه­گیری ولتاژ بیشتر از گیگا اهم
  • نرم افزار مخصوص برای رسم نمودار
  • ارتباط مستقیم با کامپیوتر از طریق USB

شرایط محیطی لازم:

برق تک فاز 220 ولت 1 آمپر

میز آزمایش تقریبا دراز

دما و رطوبت مطابق با شرایط کاربری

نمونه اندازه­گیری با مقاومت 100 اهم و خطای یک درصد

کامپیوتر با سیستم عامل ویندوز XP ویا جدیدتر و پورت USB

پیل سوختی پلیمری

 

توصیف پیل سوختی پلیمری:

پیل سوختی غشاء مبادله­ی پروتون، که به آن پیل سوختی با غشاء پلیمری (PEMFC) هم گفته می‌شود، یک نوع پیل سوختی است که علاوه بر کاربردهای ساکن و متحرک، اساساً در کاربردهای حمل و نقل از آن استفاده می‌شود. وجه تمایز آن‌ها شامل محدوده­ی پایین‌تر دما و فشار (۵۰ الی ۱۰۰ درجه سانتی­گراد) و یک غشاء پلیمری ویژه رسانش پروتون می‌باشد. پیل­های سوختی با غشاء پلیمری برق تولید می‌کنند و عملکرد آن‌ها عکس عمل الکترولیز است که برق مصرف می‌کند.

پیل سوختی غشاء مبادله­ی پروتون از مجموعه­ای از غشاء الکترود (MEA) شامل الکترودها، الکترولیت و کاتالیست و لایه‌های پخش گاز تشکیل شده‌اند. لایه­ای از کاتالیست، کربن و الکترود بر روی الکترولیت جامد پاشیده می‌شود و یک ورق کربن در هر طرف آن پرس می‌گردد تا درون سلول محافظت شده و همانند الکترود عمل نماید. اساسی‌ترین قسمت سلول مرز فازی سه‌گانه (TPB) و در مکانی است که الکترولیت، کاتالیست و واکنشگرها با هم آمیخته می‌گردند یا همان جایی که واکنش اصلی سلول اتفاق می‌افتد.

پیل سوختی پلیمری از اجزای زیر تشکیل شده است:

غشاء الکترود: شامل الکترودها، الکترولیت و کاتالیست و لایه‌های پخش گاز

کاربرد های پیل سوختی پلیمری:

  • دارای مجموعه الکترود-غشاء جهت تولید توان
  •  بررسی عملکرد مجموعه الکترود
  • پیل سوختی با غشاء پلیمری برق تولید می‌کنند.
  • پیل سوختی اساساً در کاربردهای حمل و نقل استفاده می‌شود.

ویژگی­های  پیل سوختی پلیمری:

  • دارای مجموعه­­ی الکترود غشا با واشرهای تفلونی
  • نوع کاتالیست: Pt/C
  • نوع غشاء: نفیون 212 (قابل سفارش با 115 یا 117)
  • مارپیچ شکل
  • قابلیت کارکرد تا دمای 90°C
  •  قابلیت کارکرد تا فشار 2 بار
  • plate End: آلومینیوم الیاژی
  • جمع کننده­های جریان دارای روکش طلا
  • plates Graphite: گرافیت کامپوزیتی ساخت داخل
  • اتصالات پنوماتیک
  • دارای هیتر فشنگی و پیچ های استیل ضد زنگ
  • دارای template برای برش واشر، الکترود و  غشاء

شرایط محیطی لازم:

  • خروجی دستگاه تست پیل سوختی به درستی به ورودی­های پیل متصل شود.
  • درصورت استفاده از گاز هیدروژن خروجی پیل به هوای بیرون ازمایشگاه منتقل شود.
  • برای هر تست نشتی اتصالات با کف تست شود.
  • تست با پیل در محل خشک و دارای تهویه مناسب نصب شود.

 

هدایت سنج

 

توصیف هدایت سنج:

هدایت سنج آزمایشگاهی ابزاریست که به منظور اندازه‌گیری هدایت الکتریکی محلول‌ها و مایعات الکترولیت ( محلول‌هایی که درآن­ها حل‌شونده از دو‌ یون مثبت و منفی تشکیل شده­است) طراحی و ساخته شده­است. در واقع این دستگاه غلظت یون‌های‌ حل شونده در محلول الکترولیت را اندازه گیری می‌کند.

در محلول‌های الکترولیت میزان تراکم و فراوانی یون‌ها از غلظت‌های بسیار پایین (آب مقطر) تا غلظت‌های بسیار بالا مانند محلول‌های شیمیایی با غلظت بالا متفاوت است. به منظور اندازه‌گیری میزان کانداکتیوتی محلول‌ها در کاربردهای آزمایشگاهی، پراب دستگاه در داخل نمونه محلول مورد نظر قرار داده می­شود.  میزان این پارامترها را با اعمال یک جریان الکتریکی متغیر به دو یا چهار الکترود  که در مایع غرق شده‌اند و اندازه­گیری ولتاژ القا شده در آنها محاسبه می­کنند. در این فرآیند همواره کاتیون‌ها به سمت الکترود مثبت و آنیون‌ها به سمت الکترود منفی در حرکتند.

کانداکتیویتی‌متر آزمایشگاهی قادر است میزان کانداکتیویتی طیف وسیعی از محلول‌ها را که خود بستگی به چهار عامل غلظت، قابلیت حرکت یون‌ها در مایع، جاذبه بین یون‌ها و دمای مایع دارد، با‌ دقت بالا اندازه‌گیری نماید. پراب دستگاه با استفاده از یک سیستم الکترود چهارتایی (Four_Pole Probe)  مستقیماً وارد محلول موردنظر شده و با اندازه­گیری ولتاژ و جریان القا شده در الکترود‌ها و جبران­سازی اثرات دما در رفتار یونی محلول که توسط سنسور دمای طراحی شده در سیستم پراب اندازه­گیری می‌شود،  میزان کانداکتیوتی آن محاسبه می‌شود، در نهایت پس از انجام چند مرحله کالیبراسیون،  میزان نهایی پارامترهای اندازه­گیری­شده بر روی صفحه نمایش نشان داده می­شود.

کاربردهای دستگاه هدایت سنج:

  • اندازه‌گیری میزان ‌کانداکتیویتی محلول‌های پسماند در هر مرحله فاضلاب شهری و صنعتی
  • اندازه­گیری میزان کانداکتیویتی اسیدها و مواد معدنی غیرآلی، آمونیاک، محلول‌های آلی، محلول‌های نمکی و...
  • اندازه‌گیری میزان کانداکتیویتی بسیاری ازمحلول‌های شیمیایی مشتق شده از نفت، آب اکسیژنه، اسیدهای هیدروفلوریک و....
  • اندازه­گیری میزان کانداکتیویتی و سختی آب در سیستم­های خنک‌کاری و بویلر‌ها در نیروگاه‌های تولید برق
  • اندازه­گیری میزان کانداکتیوتی انواع نمک‌های‌خوراکی و صنعتی

ویژگی­ها­ی  دستگاه هدایت سنج:

  • اندازه­گیری سریع و دقت بالا در اندازه‌گیری توسط پراب اندازه­گیری چهار پل
  • اعلام هشدار در شرایط نامناسب کاری مانند خطا در ارتباط، کاهش ولتاژو....
  • ایزوله بودن در برابر نویزهای الکتریکی و ارتعاشات مکانیکی
  • امکان اتصال مستقیم پرینتر وچاپ نتایج بر روی کاغذ

شرایط محیطی لازم:

  • دقت کنید که محل قراردادن دستگاه مرطوب نباشد. رطوبت بیش­از حد معمول می تواند وارد بخش­های الکترونیکی دستگاه شود و موجب بروز ایرادات سخت­افزاری شود.
  • در صورتی که از دستگاه در سالن­های تولید استفاده می‌نمایید بهتر است آن را روی یک جعبه یا میز مخصوص قرار­دهید تا از ورود احتمالی آب و مواد مختلف به داخل محفظه­ی آن جلوگیری شود.
  • حداکثر دمای نمونه 100 درجه­ سانتی­گراد
  • منبع تغذیه­ی برق شهری با ولتاژ  220ولت
  • کانداکتیویتی­متر آزمایشگاهی در بیشتر موارد با توجه به شرایط جوی می­تواند در فضاهای باز و مسقف مورد استفاده قرارگیرد. با این حال توصیه می­شود محلی را برای استفادۀ دائمی از دستگاه انتخاب کنید که دمای آن بین 20 تا 27 درجه­ سانتی­گراد باشد.
  • برای حصول نتایج دقیق­تر بهتر است محلول درون ظرف شیشه­ ای و یا پلاستیکی ریخته ­شود (ظرف فلزی باعث ایجاد خطا در اندازه­ گیری می­شود).
  • در صورتی که از ظرف فلزی استفاده می­نمایید بهتر است هنگام اندازه­گیری پراب از دیواره­های ظرف فاصله داشته باشد.
  • بهترین حالت قراردادن پراب در داخل محلول به صورت عمودی می­باشد.
  • وجود حباب و کف در محلول باعث ایجاد خطا در اندازه­گیری می­گردد لذا در هنگام اندازه­گیری این مسئله را در نظر داشته باشید.