عنوان پایان‌نامه
ساخت و مشخصه یابی فوتوکاتد به منظور تولید هیدروژن از شکافت آب توسط سیستمهای فوتوالکتروشیمیایی
- رشته تحصیلی
- مهندسی سیستم های انرژی- تکنولوژی انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 719;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 719
- تاریخ دفاع
- ۲۷ شهریور ۱۳۹۶
- دانشجو
- میلاد صادق زاده
- استاد راهنما
- رقیه قاسم پور
- چکیده
- در جهان امروز، هیدروژن به عنوان یکی از آلنترناتیوهای جایگزینی سوخت های فسیلی در نظر گرفته می شود و در کانون توجه قرار دارد. در این تحقیق، ما با انتخاب روش نوری الکتروشیمایی به عنوان یکی ازتکنولوژی های دوست دار محیط زیست هیدروژن متمرکز شده ایم. برای انجام این مطالعه و پس از انتخاب روش هیدروترمال برای ساخت ذرات اکسید مس، با بررسی پارامترهای موثر در پروسه رشد ذرات، دو سناریو به منظور دستیابی به ایده آل ترین حالت ممکن ذرات طراحی شد. دو حالت دما ثابت- زمان متغیر و زمان ثابت-دما متغیر بدین منظور مورد مطالعه قرار گرفت. با بررسی های انجام شده بر روی ذرات اکسید مس ساخته شده، ذرات ساخته شده در دمای 200 درجه سانتی گراد و زمان یک ساعت به عنوان ذرات نهایی انتخاب شدند. به منظور ساخت فتوکاتد از ذرات ساخته شده از روش لایه نشانی الکتروفورتیک با استفاده از منبع تغذیه ولتاژ بالا و در جریان های ثابت لایه نشانی مختلف در یک زمان ثابت استفاده شد. به منظور مشخصه یابی ساختاری فتوکاتد های ساخته شده، آنالیز های ساختاری نظیر SEM,XRD,EDX انجام شده است. آزمایش های نوری الکتروشیمیایی تحت شرابط نور سفید 10 واتی یک لامپ LED و محلول 2/0 مولار سدیم سولفات با درجه PH=6.5، نزدیک به حالت خنثی، و اعمال پتانسیل اضافی کاتدی در یک سلول شیشه ای سه دهانه ای با دریچه تابش کوارتزی انجام شده است. ذرات اکسید مس در حالت رشد در زمان ثابت با دمای متغیر تغییر ساختار داشته ولی در حالت دمای ثابت و زمان متغیر ابعاد ذرات بزرگتر شد. فتوکاتد ساخته شده در شرایط اعمال پتانسیل اضافی 0.5- ولت ، جریان 2 میلی آمپر بر سانتی متر مربعی را نتیجه می دهد. آنالیز های ترمودینامیکی صورت گرفته بر روی سیستم نشان از بازدهی 0.5% برای قانون اول ترمودینامیک و بازدهی 0.0025% برای بازدهی اگزرژی، متناظر با قانون دوم ترمودینامیک است.
- Abstract
- Currently, Hydrogen in considered as an alternative for replacing fossil fuels. In this study, we focused on photo-electrochemical hydrogen production method as one of the most environmentally friendly technologies to generate hydrogen. Here, copper oxide particles photo-activity as a photocathode in a photo-electrochemical system is investigated. For performing this study and after selecting hydrothermal synthesis method for fabricating copper oxide particles and then analyzing the effective parameters on the fabrication process, we develop two synthesis scenario: one in constant time and the other in constant temperature. By analyzing the resulted long twigged star-like micro particles, we decided to continue our study with copper oxide which was synthesized in 200C and 1 hour. In order to make photocathodes, electrophoretic deposition method is used. To structurally characterization, SEM, XRD and EDX analysis were performed. Fabricated photo-cathodes were tested in a 0.2M Na2SO4 electrolyte with PH 6.5, near to neutral level, cathodic bias voltage and light of a 10W white LED in a conventional 3 port glass cell with a quartz aperture. Results show that, at bias voltage of -0.5 v, induced photo-current was measured about 2 mA/cm2. The system was thermodynamically modelled to demonstrate thermal efficiencies. The 1st law of thermodynamic efficiency was about 0.5% and the exergy efficiency, 2nd law of thermodynamic, resulted 0.0025%.
