کاربرد ساختارهای نانومتری در ذخیره‌سازی جامد هیدروژن

‫دانشكده‬‫فناوری‬‫نوین‬ ‫های‬
‫ذخیره‬ ‫در‬ ‫نانومتری‬ ‫ساختارهای‬ ‫کاربرد‬‫جامد‬ ‫سازی‬
‫هیدروژن‬
‫ارشد‬ ‫کارشناسی‬ ‫سمینار‬
‫رشته‬‫مهندسی‬‫فناوری‬‫نانومواد‬ ‫گرایش‬ ‫نانو‬
‫نفیسی‬ ‫امین‬
‫اس‬‫اتی‬‫راهنما‬ ‫د‬:
‫دکتر‬‫امروز‬ ‫متجدد‬ ‫بنا‬ ‫حسین‬
‫دکت‬‫جاللی‬ ‫میثم‬ ‫ر‬
‫خرداد‬9314

‫دانشكده‬‫فناوری‬‫های‬‫نوین‬
‫ساختارها‬ ‫کاربرد‬‫ی‬‫نانومتر‬‫ی‬‫ذخ‬ ‫در‬‫یره‬‫سازی‬
‫ه‬ ‫جامد‬‫یدروژن‬
‫ارشد‬ ‫کارشناسی‬ ‫سمینار‬
‫رشته‬‫مهندسی‬‫فناوری‬‫نانومواد‬ ‫گرایش‬ ‫نانو‬
‫نفیسی‬ ‫امین‬
‫اس‬‫اتی‬‫راهنما‬ ‫د‬:
‫دکتر‬‫امروز‬ ‫متجدد‬ ‫بنا‬ ‫حسین‬
‫جاللی‬ ‫میثم‬ ‫دکتر‬
‫خرداد‬9314

‫تقد‬‫ی‬‫و‬ ‫ر‬‫تشكر‬:
‫که‬ ‫سپاس‬ ‫را‬ ‫مهربان‬ ‫خدای‬‫اينجانب‬‫و‬ ‫علم‬ ‫کسب‬ ‫راه‬ ‫در‬ ‫را‬‫دانش‬‫ت‬‫وفيق‬‫ا‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫داد‬‫ين‬‫ن‬ ‫مرحله‬‫يز‬‫چشمه‬ ‫از‬
‫بهره‬ ‫رحمتش‬ ‫گوارای‬.‫نمود‬ ‫مند‬
‫تمام‬ ‫خاطر‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫خدای‬‫شاکرم‬ ‫موهباتش‬‫وظ‬ ‫و‬‫ي‬‫می‬ ‫خود‬ ‫فه‬‫دانم‬‫از‬‫اس‬‫اتي‬‫د‬‫گرامی‬‫آقاي‬‫ان‬‫ّا‬‫ن‬‫ب‬ ‫دکتر‬‫امر‬ ‫متجدد‬‫وز‬
‫جاللی‬ ‫میثم‬ ‫دکتر‬ ‫و‬‫اين‬ ‫راهنمايی‬ ‫زحمت‬ ‫که‬‫سمينار‬،‫داشتند‬ ‫عهده‬ ‫بر‬ ‫را‬‫تشكر‬‫و‬‫نما‬ ‫قدردانی‬‫ي‬‫م‬.

‫چكیده‬
‫سوخت‬ ‫منابع‬ ‫اندازه‬ ‫از‬ ‫بيش‬ ‫مصرف‬‫به‬ ‫فسيلی‬ ‫های‬‫زيست‬ ‫مشكالت‬ ‫همراه‬‫رويكرد‬ ‫باعث‬ ‫آن‬ ‫از‬ ‫ناشی‬ ‫محيطی‬
‫به‬ ‫رشدی‬ ‫به‬ ‫رو‬‫هيدروژن‬ .‫است‬ ‫شده‬ ‫تجديدپذير‬ ‫و‬ ‫پاک‬ ،‫کارآمد‬ ‫انرژی‬ ‫منابع‬ ‫سمت‬‫که‬ ‫دارد‬ ‫را‬ ‫پتانسيل‬ ‫اين‬
‫به‬.‫گيرد‬ ‫قرار‬ ‫استفاده‬ ‫مورد‬ ،‫دسترس‬ ‫در‬ ‫منابع‬ ‫با‬ ‫و‬ ‫زيست‬ ‫محيط‬ ‫با‬ ‫سازگار‬ ،‫ايمن‬ ‫سوختی‬ ‫عنوان‬‫از‬ ‫يكی‬
‫چالش‬‫نقليه‬ ‫وسايل‬ ‫در‬ ‫هيدروژن‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫در‬ ‫اساسی‬ ‫های‬‫ذخيره‬ ،‫ايمن‬ ‫و‬ ‫مؤثر‬ ‫سازی‬‫آن‬‫می‬‫ذخيره‬ .‫باشد‬‫ساز‬‫ی‬
‫راه‬ ‫جامد‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫هيدروژن‬‫رس‬ ‫در‬ ‫مناسبی‬ ‫حل‬‫می‬ ‫هدف‬ ‫اين‬ ‫به‬ ‫يدن‬.‫باشد‬
‫ذخيره‬‫می‬ ‫را‬ ‫هيدروژن‬ ‫جامد‬ ‫سازی‬‫برپايه‬ ‫يكی‬ :‫کرد‬ ‫تقسيم‬ ‫دسته‬ ‫دو‬ ‫به‬ ‫توان‬‫جذب‬‫برپا‬ ‫ديگری‬ ‫و‬ ‫فيزيكی‬‫يه‬
‫جذب‬‫شيميايی‬‫تالش‬ ،‫است‬ ‫نياز‬ ‫بااليی‬ ‫بسيار‬ ‫ويژه‬ ‫سطح‬ ‫مساحت‬ ‫فيزيكی‬ ‫جذب‬ ‫برای‬ .‫برای‬ ‫بسياری‬ ‫های‬‫ذخيره‬-
‫نانولوله‬ ‫در‬ ‫هيدروژن‬ ‫سازی‬‫مزومتخلخل‬ ‫مواد‬ ،‫ها‬‫ذخيره‬ ‫برای‬ ‫ولی‬ .‫است‬ ‫گرفته‬ ‫صورت‬ ‫گرافنی‬ ‫ساختارهای‬ ‫و‬-
‫بسيار‬ ‫مواد‬ ‫اين‬ ‫سنتز‬ ‫هزينه‬ ‫طرفی‬ ‫از‬ ،‫است‬ ‫نياز‬ ‫بااليی‬ ‫فشارهای‬ ‫و‬ ‫پايين‬ ‫دماهای‬ ‫مواد‬ ‫اين‬ ‫در‬ ‫هيدروژن‬ ‫سازی‬
‫می‬ ‫مرکب‬ ‫فلزی‬ ‫هيدريدهای‬ ‫و‬ ‫فلزی‬ ‫هيدريدهای‬ ‫اصلی‬ ‫کانديداهای‬ ،‫شيميايی‬ ‫جذب‬ ‫مورد‬ ‫در‬ .‫باالست‬‫باشند‬.
‫فلزی‬ ‫هيدريدهای‬‫به‬‫به‬ ‫مقرون‬ ،‫ايمن‬ ‫گزينه‬ ‫يک‬ ‫عنوان‬‫ذخيره‬ ‫در‬ ‫متراکم‬ ‫و‬ ‫صرفه‬‫می‬ ‫مطرح‬ ‫هيدروژن‬ ‫سازی‬‫با‬.‫شند‬
‫و‬ ‫ترموديناميک‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫اين‬ ‫مواد‬ ‫اين‬ ‫مشكل‬ ‫بزرگترين‬ ‫ولی‬‫سينتيک‬.‫ندارند‬ ‫مناسبی‬ ‫واجذب‬
‫ذخيره‬ ‫عملی‬ ‫و‬ ‫نظری‬ ‫مباحث‬ ‫بر‬ ‫جامع‬ ‫مروری‬ ‫سمينار‬ ‫اين‬ ‫از‬ ‫هدف‬‫به‬ ‫هيدروژن‬ ‫سازی‬‫می‬ ‫جامد‬ ‫صورت‬‫باشد‬.
‫سمينا‬ ‫اين‬‫ر‬.‫است‬ ‫آمده‬ ‫در‬ ‫نگارش‬ ‫به‬ ‫فصل‬ ‫شش‬ ‫در‬‫در‬‫مقدمه‬ ‫اول‬ ‫فصل‬‫به‬ ‫هيدروژن‬ ‫انتخاب‬ ‫داليل‬ ‫از‬ ‫ای‬‫عنوان‬
‫می‬ ‫بيان‬ ‫آينده‬ ‫جايگزين‬ ‫سوخت‬‫شود‬.‫روش‬‫ها‬‫ی‬‫استفاده‬‫از‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫به‬‫عنوان‬‫منبع‬‫انرژ‬‫ی‬‫مورد‬ ‫دوم‬ ‫فصل‬ ‫در‬
‫می‬ ‫قرار‬ ‫بررسی‬‫گيرد‬.‫سوم‬ ‫فصل‬ ‫در‬‫روش‬‫ها‬‫ی‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫معرفی‬‫م‬‫ی‬‫گردد‬‫چهارم‬ ‫فصل‬ ‫در‬ .‫مباحث‬
‫تئور‬‫ي‬‫ك‬‫جامد‬ ‫سطح‬ ‫روی‬ ‫هيدروژن‬ ‫جذب‬ ‫ی‬‫قرار‬ ‫مطالعه‬ ‫مورد‬‫می‬‫گيرد‬‫پنجم‬ ‫فصل‬ ‫در‬ .‫تكن‬‫ي‬‫ک‬‫ها‬‫ی‬‫عمل‬‫ی‬‫برا‬‫ی‬
‫اندازه‬‫گ‬‫ي‬‫ر‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫شده‬‫معرفی‬ ‫مواد‬ ‫در‬‫می‬‫شود‬‫ششم‬ ‫فصل‬ ‫در‬ ‫نهايت‬ ‫در‬ ‫و‬‫انواع‬‫جاذب‬‫ها‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬
‫قرار‬ ‫برسی‬ ‫مورد‬‫می‬‫گيرد‬.
‫کلیدی‬ ‫واژگان‬:‫هي‬‫ذخيره‬ ،‫دروژن‬‫فلزی‬ ‫هيدريد‬ ،‫شيميايی‬ ‫جذب‬ ،‫فيزيكی‬ ‫جذب‬ ،‫سازی‬

‫مطالب‬ ‫فهرست‬
1-1-‫مقدمه‬..........................................................................................................................................................................................................2
2-1-‫روش‬‫ها‬‫ی‬‫استفاده‬‫از‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫به‬‫عنوان‬‫منبع‬‫انرژ‬‫ی‬......................................................................................................................7
2-1-1-‫استفاده‬‫از‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫به‬‫صورت‬‫سوخت‬‫احتراق‬‫ی‬....................................................................................................................8
2-1-2-‫استفاده‬‫از‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫برا‬‫ی‬‫تول‬‫ي‬‫د‬‫الكتر‬‫ي‬‫س‬‫ي‬‫ته‬‫در‬‫سلول‬‫ها‬‫ی‬‫سوخت‬‫ی‬..............................................................................11
3-1-‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫گاز‬‫ی‬‫در‬‫س‬‫ي‬‫لندرها‬‫ی‬‫گاز‬‫با‬‫فشار‬‫باال‬.....................................................................................................11
3-2-‫ذخيره‬‫سازی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫ما‬‫ي‬‫ع‬‫در‬‫تانک‬‫ها‬‫ی‬‫برودت‬‫ی‬.........................................................................................................................11
3-3-‫جذب‬‫ف‬‫ي‬‫ر‬‫ي‬‫ك‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬......................................................................................................................................................................17
3-4-‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫ی‬‫فلز‬‫ی‬..................................................................................................................................................................................17
3-5-‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫ی‬‫کمپلكس‬..........................................................................................................................................................................11
3-1-‫واکنش‬‫ش‬‫ي‬‫م‬‫ي‬‫ا‬‫يی‬‫با‬‫آب‬........................................................................................................................................................................11
4-1-‫مدل‬‫ها‬‫ی‬‫جذب‬......................................................................................................................................................................................22
4-1-1-‫همدما‬‫ی‬‫النگمو‬‫ي‬‫ر‬......................................................................................................................................................................22
4-1-2-‫هم‬‫دما‬‫ی‬‫س‬‫ي‬‫پس‬.........................................................................................................................................................................24
4-2-‫ترمود‬‫ي‬‫نام‬‫ي‬‫ک‬‫جذب‬..............................................................................................................................................................................21
4-2-1-‫اصول‬‫ترمود‬‫ي‬‫نام‬‫ي‬‫ك‬‫ی‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫در‬‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫ی‬‫فلز‬‫ی‬................................................................................21
5-1-‫تكن‬‫ي‬‫ک‬‫ها‬‫ی‬‫عمل‬‫ی‬‫برا‬‫ی‬‫اندازه‬‫گ‬‫ي‬‫ر‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫شده‬........................................................................................................34
5-1-1-‫روش‬‫وزن‬‫سنج‬‫ی‬.........................................................................................................................................................................34
5-1-2-‫روش‬‫حجم‬‫سنج‬‫ی‬.....................................................................................................................................................................31
5-1-3-‫واجذب‬‫برنامه‬‫ر‬‫ي‬‫ز‬‫ی‬‫شده‬‫ی‬‫دما‬‫يی‬(TPD)...........................................................................................................................37
5-1-4-‫اندازه‬‫گ‬‫ي‬‫ر‬‫ی‬‫ها‬‫ی‬‫الكتروش‬‫ي‬‫م‬‫ي‬‫ا‬‫يی‬..............................................................................................................................................38
1-1-‫انواع‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫جامد‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬.....................................................................................................................................................41
1-2-‫نانوساختار‬‫ها‬‫ی‬‫ن‬‫ي‬‫تر‬‫ي‬‫د‬‫بور‬(BN).......................................................................................................................................................42
1-2-1-‫ساختارها‬‫ی‬‫مختلف‬‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬BN....................................................................................................................................42

1-2-2-‫ا‬‫ي‬‫زوت‬‫رم‬‫ها‬‫ی‬‫جذب‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫انواع‬‫مختلف‬‫ساختارها‬‫ی‬BN‫و‬‫مقا‬‫ي‬‫سه‬‫آن‬‫ها‬................................................................44
1-2-3-‫نوع‬‫جذب‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫در‬‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬BN..............................................................................................................................41
1-3-‫گرافن‬‫ستون‬‫ی‬..........................................................................................................................................................................................41
1-4-‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬‫کربن‬‫ی‬.................................................................................................................................................................................48
1-4-1-‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬‫کربن‬‫ی‬‫تک‬‫د‬‫ي‬‫واره‬.................................................................................................................................................48
1-4-2-‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬‫کربن‬‫ی‬‫چندد‬‫ي‬‫واره‬.................................................................................................................................................41
1-4-3-‫اصالح‬‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬‫کربن‬‫ی‬‫برا‬‫ی‬‫افزا‬‫ي‬‫ش‬‫ظرف‬‫ي‬‫ت‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫شده‬..........................................................................51
1-4-4-‫اختالف‬‫در‬‫نتا‬‫ي‬‫ج‬.........................................................................................................................................................................52
1-5-‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫ی‬‫فلز‬‫ی‬..................................................................................................................................................................................53
1-5-1-‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫ی‬‫فلز‬‫ی‬‫مرسوم‬.........................................................................................................................................................53
1-5-2-‫ذ‬‫خ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫در‬‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫ی‬‫سبک‬‫وزن‬...........................................................................................................55
1-5-3-‫مناسب‬‫ساز‬‫ی‬‫ترمود‬‫ي‬‫نام‬‫ي‬‫ک‬‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫ی‬‫فلز‬‫ی‬‫سبک‬‫وزن‬................................................................................................57

‫أ‬
‫شكل‬ ‫فهرست‬‫ها‬
‫شكل‬(1-1)‫تار‬‫ي‬‫خچه‬‫تكامل‬‫سوخت‬‫ها‬‫در‬2111‫گذشته‬[2.].........................................................................3
‫شكل‬(1-2)‫چگال‬‫ی‬‫ها‬‫ی‬‫مختلف‬‫به‬‫دست‬‫آمده‬‫از‬‫تكنولوژ‬‫ی‬‫ها‬‫ی‬‫مختلف‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬[2.]............................5
‫شكل‬(2-1)‫شما‬‫يی‬‫از‬‫سلول‬‫سوخت‬‫ی‬‫غشاء‬‫تبادل‬‫پروتون‬‫ی‬(PEMCF[ )2.].........................................................11
‫شكل‬(2-2)‫صفحات‬‫دوقطب‬‫ی‬‫برا‬‫ی‬‫متصل‬‫کردن‬‫سلول‬‫ها‬‫ی‬‫سوخت‬‫ی‬‫در‬‫ي‬‫ک‬‫مجموعه‬[2.]........................................11
‫شكل‬(4-1)‫طرح‬‫ی‬‫از‬‫ا‬‫ي‬‫زوترم‬‫س‬‫ي‬‫پس‬‫با‬‫مقاد‬‫ي‬‫ر‬‫مختلف‬‫ی‬‫از‬n[7.]....................................................................25
‫شكل‬(4-2)‫واکنش‬2H‫مولكول‬‫ی‬‫با‬‫ي‬‫ک‬‫ماده‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫کننده‬[1.]......................................................................27
‫شكل‬(4-3)‫شمات‬‫ي‬‫ك‬‫ی‬‫از‬‫منحن‬‫ی‬‫ها‬‫ی‬‫انرژ‬‫ی‬‫پتانس‬‫ي‬‫ل‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫که‬‫ب‬‫ه‬‫ي‬‫ک‬‫فلز‬‫نزد‬‫ي‬‫ک‬‫م‬‫ی‬‫شود‬[ .1.]..............................28
‫شكل‬(4-4)‫مكان‬‫ها‬‫ی‬‫درون‬‫شبكه‬‫ا‬‫ی‬‫اکتاهدرال‬(O)‫و‬‫تتراهدرال‬(T)‫در‬‫فلزات‬‫با‬‫ساختارها‬‫ی‬fcc،hcp‫و‬bcc[1.]..........28
‫شكل‬(4-5)‫انبساط‬‫حجم‬‫ی‬‫فلز‬‫م‬‫ي‬‫زبان‬Nb‫با‬‫افزا‬‫ي‬‫ش‬‫مقدار‬H[1.]..................................................................21
‫شكل‬(4-1)‫شمات‬‫ي‬‫ک‬‫ا‬‫ي‬‫زوترم‬‫فشار‬/‫ترک‬‫ي‬‫ب‬[ .1.].........................................................................................31
‫شكل‬(4-7)‫شمات‬‫ي‬‫ک‬‫د‬‫ي‬‫اگرام‬-pcT‫و‬‫نمودار‬‫وانت‬‫هوف‬[ .1.]..........................................................................32
‫شكل‬(5-1)‫شمات‬‫ي‬‫ك‬‫ی‬‫از‬‫دستگاه‬‫ترموباالنس‬[8.].......................................................................................35
‫شكل‬(5-2)‫شمات‬‫ي‬‫ك‬‫ی‬‫از‬‫دستگاه‬‫حجم‬‫سنج‬‫ی‬‫س‬‫ي‬‫ور‬‫تس‬[8.]..........................................................................31
‫شكل‬(5-3)‫شمات‬‫ي‬‫ك‬‫ی‬‫از‬‫ط‬‫ي‬‫ف‬‫سنج‬‫واجذب‬‫برنامه‬‫ر‬‫ي‬‫ز‬‫ی‬‫شده‬‫ی‬‫دما‬‫يی‬[8.]..........................................................37
‫شكل‬(5-4)‫شمات‬‫ي‬‫ك‬‫ی‬‫از‬‫س‬‫ي‬‫ستم‬‫چرخه‬‫ا‬‫ی‬‫شارژ‬-‫دشارژ‬‫مورد‬‫ا‬‫ستفاده‬‫در‬‫اندازه‬‫گ‬‫ي‬‫ر‬‫ی‬‫الكتروش‬‫ي‬‫م‬‫ي‬‫ا‬‫يی‬[8.]......................38
‫شكل‬(1-1)‫تصاو‬‫ي‬‫ر‬TEM‫نانوساختارها‬‫ی‬BN‫گل‬‫ی‬‫شكل‬[11].......................................................................42
‫شكل‬(1-2)‫تصاو‬‫ي‬‫ر‬TEM‫نانوساختاره‬‫ا‬‫ی‬BN‫بامبو‬‫شكل‬.............................................................................43
‫شكل‬(1-3)‫تصاو‬‫ي‬‫ر‬SEM‫و‬TEM‫از‬BNNT‫ها‬‫ی‬‫راست‬‫د‬‫ي‬‫واره‬[11.]................................................................43
‫شكل‬(1-4( )a)‫تص‬‫و‬‫ي‬‫ر‬TEM‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬BN‫پس‬‫از‬‫حرارت‬‫دادن‬‫در‬‫حضور‬‫پالت‬‫ي‬‫ن‬( .b)‫تصو‬‫ي‬‫ر‬TEM‫با‬‫وضوح‬‫باال‬‫ی‬‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬
BN‫متالش‬‫ی‬‫شده‬[11.]......................................................................................................................44
‫شكل‬(1-5)‫ا‬‫ي‬‫زوترم‬‫ها‬‫ی‬‫جذب‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫انواع‬‫ساختارها‬‫ی‬BN‫سنتز‬‫شده‬[11]....................................................45
‫شكل‬(1-1( )a)‫شمات‬‫ي‬‫ک‬‫سه‬‫بعد‬‫ی‬‫آرا‬‫ي‬‫ش‬‫گرافن‬‫ستون‬‫ی‬( .b)‫مدل‬MD‫اول‬‫ي‬‫ه‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬/‫گرافن‬‫ستون‬‫ی‬.......................47
‫شكل‬(1-7)‫ظرف‬‫ي‬‫ت‬‫ها‬‫ی‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫برگشت‬‫پذ‬‫ي‬‫ر‬‫تئور‬‫ي‬‫ک‬‫و‬‫آنتالپ‬‫ی‬‫ها‬‫ی‬‫واکنش‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫ی‬‫انتخاب‬‫شده‬[1.].............58
‫شكل‬(1-8)‫مناسب‬‫ساز‬‫ی‬‫آنتالپ‬‫ی‬‫واکنش‬‫با‬‫تغ‬‫يي‬‫ر‬‫پا‬‫ي‬‫دار‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫افزا‬‫يی‬/‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫زدا‬‫يی‬‫در‬‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫ی‬‫فلز‬‫ی‬[1.]........51

‫ب‬
‫جدول‬ ‫فهرست‬‫ها‬
‫جدول‬(1-1)‫اهداف‬‫اصل‬‫ی‬‫و‬‫تع‬‫يي‬‫ن‬‫شده‬DOE‫برا‬‫ی‬‫س‬‫ي‬‫ستم‬‫ها‬‫ی‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬[3.]......................................4
‫جدول‬(2-1)‫انواع‬‫مختلف‬‫سلول‬‫ها‬‫ی‬‫سوخت‬‫ی‬[2]......................................................................................12
‫جدول‬(3-1)‫شش‬‫روش‬‫اصل‬‫ی‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫و‬‫نمودها‬‫ی‬‫آن‬[ .4]..........................................................15
‫جدول‬(3-2)‫مهم‬‫تر‬‫ي‬‫ن‬‫خانواده‬‫ها‬‫ی‬‫ترک‬‫ي‬‫بات‬‫ب‬‫ي‬‫ن‬‫فلز‬‫ی‬‫سازنده‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫و‬‫شكل‬‫اول‬‫ي‬‫ه‬‫و‬‫ساختار‬‫آن‬‫ها‬[ .4.].................18
‫جدول‬(1-1)‫گزارش‬‫تجرب‬‫ی‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬‫در‬‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬‫کربن‬‫ی‬...........................................................53
‫جدول‬(1-2(‫مثال‬‫ها‬‫يی‬‫از‬‫ه‬‫ي‬‫در‬‫ي‬‫دها‬‫ی‬‫ب‬‫ي‬‫ن‬‫فل‬‫ز‬‫ی‬[1]....................................................................................54

‫ج‬
‫فهرست‬‫اختصاری‬ ‫عالئم‬
‫آنگستروم‬....................................................................................................................................................o
A
‫آلكالينی‬ ‫سوختی‬ ‫سلول‬.......................................................................................................................AFC
‫اتمسفر‬.......................................................................................................................................................atm
( ‫بار‬)‫فشار‬...................................................................................................................................................bar
‫پر‬ ‫مرکز‬ ‫مكعبی‬ ‫ساختار‬..........................................................................................................................bcc
‫بور‬ ‫نيتريد‬..................................................................................................................................................BN
‫نانولوله‬‫بور‬ ‫نيتريد‬ ‫های‬.......................................................................................................................BNNT
‫درجه‬)‫گراد‬ ‫(سانتی‬ ‫سلسيوس‬ ‫ی‬...........................................................................................................℃
‫سانتی‬‫متر‬...................................................................................................................................................cm
‫نانول‬‫کربنی‬ ‫وله‬........................................................................................................................................CNT
‫به‬ ‫(انباشت‬ ‫بخار‬ ‫فاز‬ ‫از‬ ‫شيميايی‬ ‫دهی‬ ‫رسوب‬)‫شيميايی‬ ‫تبخير‬ ‫روش‬.......................................CVD
‫چگالی‬ ‫تابع‬ ‫نظريه‬.................................................................................................................................DFT
‫مستقيم‬ ‫متانول‬ ‫سوختی‬ ‫سلول‬.....................................................................................................DMFC
‫سازمان‬‫انرژ‬‫آمريكا‬ ‫ی‬...........................................................................................................................DOE
‫ولت‬ ‫الكترون‬...............................................................................................................................................eV
‫پر‬ ‫مرکز‬ ‫وجوه‬ ‫با‬ ‫مكعبی‬ ‫ساختار‬..............................................................................................................fcc
‫گرم‬..................................................................................................................................................................g
‫گيپس‬ ‫آزاد‬ ‫انرژی‬.....................................................................................................................................∆𝐺
‫گرافيتی‬ ‫فيبرهای‬ ‫نانو‬........................................................................................................................GNF
‫گيگاپاسكال‬............................................................................................................................................GPa
‫ساعت‬............................................................................................................................................................h
‫آنتالپی‬........................................................................................................................................................∆𝐻
‫موتورها‬‫ی‬‫داخل‬ ‫احتراق‬‫ی‬‫ه‬‫يدروژنی‬...............................................................................................HICE
‫ظرف‬‫يت‬‫ذخ‬‫يره‬‫سازی‬‫ه‬‫يدروژن‬............................................................................................................HSC
‫فشرده‬ ‫هگزاگونال‬ ‫ساختار‬....................................................................................................................hcp
‫بين‬ ‫اتحاديه‬)‫(آيوپاک‬ ‫کاربردی‬ ‫و‬ ‫محض‬ ‫شيمی‬ ‫الملی‬.............................................................IUPAC
‫کلوين‬............................................................................................................................................................K
‫بولتزمن‬ ‫ثابت‬................................................................................................................................................Bk
‫کيلوگرم‬........................................................................................................................................................kg
‫کيلوژول‬.....................................................................................................................................................KJ
‫کيلومتر‬........................................................................................................................................................km

‫د‬
‫کي‬‫وات‬ ‫لو‬....................................................................................................................................................kW
‫نفتی‬ ‫مايع‬ ‫گاز‬........................................................................................................................................LPG
‫متر‬................................................................................................................................................................m
‫موالريته‬.........................................................................................................................................................M
‫مربع‬ ‫متر‬......................................................................................................................................................3
m
‫آمپر‬ ‫ميلی‬..................................................................................................................................................mA
‫مذاب‬ ‫کربنات‬ ‫سوختی‬ ‫سلول‬.........................................................................................................MCFC
‫مولكولی‬ ‫ديناميک‬...................................................................................................................................MD
‫ميلی‬‫گرم‬.......................................................................................................................................................mg
‫آل‬ ‫ساختارهای‬‫ی‬-‫فلزی‬..........................................................................................................................MOF
‫مول‬..........................................................................................................................................................mol
‫پاسكال‬ ‫ميلی‬..........................................................................................................................................mPa
‫مگاپاسكال‬............................................................................................................................................MPa
‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬‫کربن‬‫ی‬‫چند‬‫د‬‫يواره‬..................................................................................................MWCNT
‫آواگادرو‬ ‫عدد‬..............................................................................................................................................AN
‫نانومتر‬..........................................................................................................................................................nm
‫فشار‬................................................................................................................................................................P
‫فسفريک‬ ‫اسيد‬ ‫سوختی‬ ‫سلول‬.........................................................................................................PAFC
‫اندازه‬‫دما‬ ،‫غلظت‬ ،‫فشار‬ ‫گيری‬...............................................................................................................pcT
‫يونی‬ ‫تبادل‬ ‫غشاء‬ ‫سوختی‬ ‫سلول‬...............................................................................................PEMFC
‫پل‬‫ی‬‫اتيلن‬ ‫فلرو‬ ‫تترا‬..............................................................................................................................PTFE
‫واکنش‬ ‫گرمای‬...............................................................................................................................................Q
‫ايده‬ ‫گاز‬ ‫(ثابت‬ ‫گازها‬ ‫جهانی‬ ‫ثابت‬)‫آل‬....................................................................................................R
‫کامپوز‬‫يت‬‫های‬‫ه‬‫يدريدی‬‫فعال‬............................................................................................................RCH
‫آنتروپی‬........................................................................................................................................................∆𝑆
‫مكعب‬ ‫سانتيمتر‬)‫جريان‬ ‫(واحد‬ ‫استاندارد‬ ‫فشار‬ ‫و‬ ‫دما‬ ‫يک‬ ‫در‬ ‫دقيقه‬ ‫بر‬...................................sccm
‫روبشی‬ ‫الكترونی‬ ‫ميكروسكوپ‬............................................................................................................SEM
‫جامد‬ ‫اکسيد‬ ‫سوختی‬ ‫سلول‬.............................................................................................................SOFC
‫نانولوله‬‫ها‬‫ی‬‫کربن‬‫ی‬‫تک‬‫د‬‫يواره‬......................................................................................................SWCNT
‫دما‬..................................................................................................................................................................T
‫عبوری‬ ‫الكترونی‬ ‫ميكروسكوپ‬..........................................................................................................TEM
‫برنامه‬ ‫واجذب‬‫شده‬ ‫ريزی‬‫دمايی‬.........................................................................................................TPD
‫وزنی‬ ‫درصد‬...........................................................................................................................................wt.%

‫ه‬
‫ميكروگرم‬.....................................................................................................................................................μg
‫پتان‬‫جزء‬ ‫شيميايی‬ ‫سيل‬i..........................................................................................................................𝜇𝑖
‫متر‬ ‫ميكرو‬...................................................................................................................................................μm
‫وزنی‬ ‫چگالی‬................................................................................................................................................mρ
‫حجمی‬ ‫چگالی‬.............................................................................................................................................vρ

‫ذخیره‬‫سازی‬‫هیدروژن‬‫به‬‫صورت‬‫جامد‬‫بر‬‫روی‬‫مواد‬‫نانوسایز‬‫و‬‫نانو‬‫ساختار‬
2
‫مقدمه‬
‫وژن‬‫ذخ‬‫ی‬‫ره‬‫ش‬‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫به‬ ‫ده‬‫جامد‬ ‫صورت‬
‫ا‬‫ی‬‫ه‬‫ی‬‫دروژن‬
9-9-‫مقدمه‬
‫سوخت‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫افزون‬ ‫روز‬ ‫گسترش‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬‫زمين‬ ‫در‬ ‫محدود‬ ‫منابع‬ ‫دارای‬ ‫که‬ ‫فسيلی‬ ‫های‬
‫م‬‫ی‬،‫باشند‬‫آماده‬ ‫و‬ ‫تهيه‬‫آن‬ ‫سازی‬‫ب‬ ‫ها‬‫دوران‬ ‫طی‬ ‫در‬ ‫بشر‬ ‫مشكالت‬ ‫از‬ ‫يكی‬ ‫همواره‬ ،‫بهينه‬ ‫استفاده‬ ‫رای‬
‫زيست‬ ‫مخرب‬ ‫اثرات‬ .‫است‬ ‫بوده‬‫محيطی‬،‫گلخانه‬ ‫گازهای‬ ‫افزايش‬ ‫ازجمله‬‫محافظ‬ ‫اليه‬ ‫رفتن‬ ‫بين‬ ‫از‬ ،‫ای‬
‫ج‬‫و‬‫دنبال‬ ‫به‬ ‫که‬ ‫داشت‬ ‫برآن‬ ‫را‬ ‫دانشمندان‬ ،‫اخير‬ ‫دهه‬ ‫چند‬ ‫طی‬ ‫زمين‬ ‫تدريجی‬ ‫شدن‬ ‫گرم‬ ‫و‬ ‫زمين‬
‫دوست‬ ‫و‬ ‫ارزان‬ ‫سوختی‬‫محيط‬ ‫دار‬‫زي‬‫ست‬‫باشند‬[1]‫خطر‬ ‫دو‬ ‫زمين‬ ‫گرمايش‬ ‫و‬ ‫هوا‬ ‫آلودگی‬ ‫امروزه‬ .
‫مهمی‬ ‫بسيار‬‫هستند‬‫که‬‫روبرو‬ ‫آن‬ ‫با‬ ‫بشر‬‫است‬‫وابستگی‬ ‫با‬ ‫خطرات‬ ‫اين‬ ‫دوی‬ ‫هر‬ .‫انسان‬‫سوخت‬ ‫به‬‫های‬
‫فسيلی‬‫دارد‬ ‫مستقيم‬ ‫ارتباط‬‫ا‬ .‫دی‬ ‫فزايش‬‫از‬ ‫ناشی‬ ‫اکسيدکربن‬‫سوخت‬‫فسيلی‬ ‫های‬‫اصلی‬ ‫علت‬‫گرمايش‬
‫می‬ ‫زمين‬‫عالوه‬ .‫باشد‬‫بر‬،‫اين‬‫ا‬‫ت‬ ‫به‬ ‫نگاهی‬ ‫گر‬‫اريخچه‬‫ی‬2111‫ساله‬‫ی‬‫سوخت‬‫مشاهد‬ ،‫بياندازيم‬ ‫ها‬‫ه‬
‫به‬ ‫همواره‬ ‫انسان‬ ‫که‬ ‫کرد‬ ‫خواهيم‬‫سوخت‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫سمت‬‫های‬‫پاک‬‫تر‬‫و‬‫موثرتر‬‫کرده‬ ‫حرکت‬‫است‬:
‫چوب‬←‫زغال‬‫سنگ‬←‫خام‬ ‫نفت‬←( ‫متان‬‫شكل‬1-1)‫مولكول‬ ،‫زمان‬ ‫گذشت‬ ‫با‬ .‫سوخت‬ ‫های‬‫کوچک‬‫تر‬
‫ساختارهای‬ ‫با‬ ‫و‬ ‫شده‬‫دارای‬‫کم‬ ‫کربن‬‫هيدروژن‬ ‫و‬ ‫تر‬‫غ‬‫نی‬‫تر‬،‫جايگزين‬‫حرکت‬ ‫آخرين‬ .‫است‬ ‫شده‬
‫به‬‫پاک‬ ‫بسيار‬ ‫سوخت‬ ‫که‬ ‫بود‬ ‫متان‬ ‫سمت‬‫می‬ ‫انتظار‬ .‫است‬ ‫بنزين‬ ‫از‬ ‫تری‬‫آتی‬ ‫حرکت‬ ‫رود‬‫بشر‬‫ب‬‫ه‬‫سمت‬
‫هيدر‬‫باشد‬ ‫وژن‬‫به‬ .‫می‬ ‫آزاد‬ ‫انرژی‬ ،‫اکسيژن‬ ‫با‬ ‫هيدروژن‬ ‫واکنش‬ ‫واسطه‬‫می‬ ‫آن‬ ‫از‬ ‫که‬ ‫شود‬‫در‬ ‫توان‬
‫پيل‬ ‫يا‬ ‫احتراقی‬ ‫موتورهای‬‫ت‬ ‫و‬ ‫کرد‬ ‫استفاده‬ ‫سوختی‬ ‫های‬‫می‬ ‫آب‬ ‫واکنش‬ ‫اين‬ ‫فرعی‬ ‫محصول‬ ‫نها‬‫باش‬‫و‬ ‫د‬
‫هيچ‬‫از‬ ‫يک‬‫آالينده‬ ‫گازهای‬‫مثل‬ ‫اوليه‬CO،2CO،xNO،xSO‫آالينده‬ ‫و‬‫مثل‬ ‫ثانويه‬ ‫های‬3O،‫توليد‬
‫نمی‬‫حقيقت‬ ‫در‬ .‫شود‬‫می‬ ‫هيدروژنی‬ ‫خودروهای‬ ‫توليد‬ ‫با‬‫خطرات‬ ‫توان‬‫برای‬ ‫سالمتی‬‫انسان‬‫را‬‫کاهش‬
‫داد‬[2].
‫گاز‬‫هيدروژن‬‫فراوان‬‫تر‬‫ين‬‫طب‬ ‫عنصر‬‫يعی‬‫پ‬ ‫و‬ ‫است‬‫می‬ ‫توليد‬ ‫آب‬ ‫بخارات‬ ،‫احتراق‬ ‫از‬ ‫س‬‫ک‬ ‫که‬ ‫کند‬ً‫ال‬‫ام‬
‫زيست‬ ‫نظر‬ ‫از‬‫پاک‬ ‫محيطی‬‫بوده‬‫دارا‬ ‫را‬ ‫طبيعت‬ ‫در‬ ‫چرخش‬ ‫قابليت‬ ‫و‬‫ست‬‫؛‬‫دليل‬ ‫مهمترين‬ ‫اين‬‫ی‬‫ا‬‫ست‬
‫کانديدا‬ ‫را‬ ‫هيدروژن‬ ‫که‬‫ی‬‫سوخت‬ ‫جايگزينی‬ ‫برای‬ ‫اصلی‬‫ها‬‫ی‬‫فسيل‬‫ی‬‫هيدروژن‬ .‫است‬ ‫نموده‬2/12
‫نف‬ ‫مرتبه‬‫وذپذيرتر‬‫و‬52‫سبک‬ ‫مرتبه‬‫تر‬‫بنزين‬ ‫از‬.‫است‬‫سريع‬ ‫خيلی‬ ‫هيدروژن‬ ‫ّت‬‫ل‬‫ع‬ ‫همين‬ ‫به‬‫ب‬ ‫از‬ ‫تر‬‫نزين‬
‫پر‬‫می‬ ‫اکنده‬‫نيز‬ ‫و‬ ‫شود‬‫سوخت‬ ‫به‬ ‫نسبت‬‫فسيلی‬ ‫های‬‫رو‬ ‫اين‬ ‫از‬ .‫دارد‬ ‫اشتعال‬ ‫برای‬ ‫کمتری‬ ‫محدوديت‬
‫پايه‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫هيدروژن‬ ‫از‬‫ی‬‫سيستم‬‫می‬ ‫ياد‬ ‫آينده‬ ‫در‬ ‫انرژی‬ ‫های‬‫شود‬[1].‫استفا‬ ‫با‬‫انرژی‬ ‫منابع‬ ‫از‬ ‫ده‬
‫جمله‬ ‫از‬ ‫مختلف‬:‫هسته‬ ،‫باد‬ ،‫خورشيدی‬ ‫انرژی‬‫زيست‬ ،‫ای‬‫توده‬1
‫نفت‬ ،،‫سنگ‬ ‫زغال‬ ‫و‬ ‫طبيعی‬ ‫گاز‬ ،‫خام‬
‫می‬‫آنجايی‬ ‫از‬ .‫کرد‬ ‫توليد‬ ‫آب‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫هيدروژن‬ ‫توان‬‫انر‬ ‫منابع‬ ‫که‬‫تجديد‬ ‫ژی‬( ‫پذير‬‫انرژی‬‫و‬ ‫باد‬ ،‫خورشيدی‬
‫زيست‬‫همه‬ ‫در‬ )‫توده‬‫قسمت‬‫می‬ ‫دسترس‬ ‫قابل‬ ‫زمين‬ ‫های‬‫ب‬‫همه‬ ،‫اشند‬‫هيدروژنی‬ ‫سوخت‬ ‫به‬ ‫کشورها‬ ‫ی‬
‫باد‬ ،‫خورشيدی‬ ‫انرژی‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫همچنين‬ .‫داشت‬ ‫خواهند‬ ‫دسترسی‬‫و‬‫زيست‬ ‫يا‬‫توده‬‫به‬‫منظور‬‫تول‬‫يد‬
‫افزودن‬ ‫باعث‬ ،‫هيدروژن‬2CO‫محيط‬ ‫به‬‫زيست‬‫نمی‬‫استف‬ ‫امكان‬ ‫اينكه‬ ‫از‬ ‫قبل‬ .‫شود‬‫سوخت‬ ‫از‬ ‫وسيع‬ ‫اده‬
1 biomass

3
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫فرآهم‬ ‫هيدروژنی‬‫بايد‬ ،‫شود‬‫برخی‬‫چالش‬‫تكنيكی‬ ‫های‬‫حل‬‫جمله‬ ‫از‬ ،‫شوند‬‫چالش‬ ‫اين‬‫می‬ ‫ها‬‫به‬ ‫توان‬
‫مقرون‬ ‫توليد‬‫به‬‫ذخيره‬ ‫و‬ ‫صرفه‬‫سازی‬‫مؤثر‬‫هيدروژن‬‫کرد‬ ‫اشاره‬‫سوخت‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫به‬ ‫نيل‬ ‫برای‬ ‫همچنين‬ .
‫مشوق‬ ‫بايد‬ ،‫هيدروژنی‬‫دولت‬ ‫سوی‬ ‫از‬ ‫نيز‬ ‫هايی‬.‫شود‬ ‫تعيين‬ ‫ها‬‫د‬ ‫تكنيكی‬ ‫چالش‬ ‫بزرگترين‬‫ا‬ ‫ر‬‫از‬ ‫ستفاده‬
‫حمل‬ ،‫هيدروژنی‬ ‫سوخت‬‫و‬‫ن‬‫ذخيره‬ ‫و‬ ‫قل‬‫می‬ ‫آن‬ ‫سازی‬‫باشد‬[2].‫در‬‫ا‬‫ين‬‫راستا‬،‫سازمان‬‫انرژ‬‫ی‬‫آمر‬‫يكا‬1
(DOE‫استانداردها‬ ‫و‬ ‫اهداف‬ )‫يی‬‫برا‬ ‫را‬‫ی‬‫س‬‫يستم‬‫های‬‫حمل‬ ‫در‬ ‫استفاده‬ ‫قابل‬‫و‬‫تب‬ ‫نقل‬‫يين‬‫نموده‬.‫است‬
‫برطبق‬‫اين‬‫توسعه‬ ‫برنامه‬،‫ذخ‬ ‫مخزن‬‫يره‬‫سازی‬‫ه‬‫يدروژن‬‫با‬‫يد‬‫توانا‬‫يی‬‫ذخ‬‫يره‬‫سازی‬wt.%5/5‫ه‬‫يدروژن‬
‫را‬‫س‬ ‫تا‬‫ال‬2117.‫باشد‬ ‫داشته‬‫جدول‬(1-1)‫ز‬‫ير‬‫مجموعه‬‫ا‬‫ی‬‫او‬ ‫اهداف‬ ‫از‬‫ليه‬‫تجد‬ ‫و‬‫يدنظر‬‫شده‬DOE
‫م‬ ‫نشان‬ ‫را‬‫ی‬‫دهد‬[3].
‫شکل‬(1-1)‫در‬ ‫ها‬ ‫سوخت‬ ‫تكامل‬ ‫تاريخچه‬2111‫گذشت‬‫ه‬[2].
1 United States Department of Energy

4
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫جدول‬(1-1)‫تعيين‬ ‫و‬ ‫اصلی‬ ‫اهداف‬‫شده‬DOE‫سيستم‬ ‫برای‬‫ذخيره‬ ‫های‬‫وسايل‬ ‫در‬ ‫هيدروژن‬ ‫سازی‬‫سبک‬ ‫نقليه‬[3].
‫ذخیره‬ ‫سیستم‬ ‫پارامتر‬‫سازی‬‫اصلی‬ ‫هدف‬
0292
‫تجدیدنظرشده‬ ‫هدف‬
0292
‫هدف‬0292‫هدف‬
‫نهایی‬
‫ظرفیت‬‫وزنی‬/kg system2Hkg1%5/4%5/5%5/7%
‫ظرفیت‬‫حجمی‬/L system2g H45284171
‫عملیاتی‬ ‫سیكل‬ ‫عمر‬1111111115111511
‫برای‬ ،‫(دقیقه‬ ‫پرشدن‬ ‫زمان‬kg5)32/43/35/2
‫حداقل‬( ‫کامل‬ ِ‫ن‬‫جریا‬ ‫سرعت‬/s/kW2gH)12/112/112/112/1
‫سوخت‬ ‫خلوص‬11/11%17/11%17/11%17/11%
‫عمل‬ ‫لحاظ‬ ‫از‬ ‫بايد‬ ،‫شود‬ ‫تبديل‬ ‫جهان‬ ‫انرژی‬ ‫منبع‬ ‫از‬ ‫مهمی‬ ‫بخش‬ ‫به‬ ‫هيدروژن‬ ‫که‬ ‫باشد‬ ‫قرار‬ ‫اگر‬‫کرد‬
‫و‬‫هزينه‬‫سوخت‬ ‫با‬ ‫رقابت‬ ‫قابل‬‫باش‬ ‫فعلی‬ ‫های‬‫ذخيره‬ ‫و‬ ‫د‬‫دست‬ ‫کليد‬ ‫هيدروژن‬ ‫سازی‬‫يابی‬‫ه‬ ‫اين‬ ‫به‬‫دف‬
‫به‬ .‫است‬‫سيستم‬ ‫بازده‬ ‫افزايش‬ ‫منظور‬‫ذخيره‬ ‫های‬‫هيدروژن‬ ‫سازی‬‫به‬‫در‬ ‫کاربرد‬ ‫منظور‬‫نقليه‬ ‫وسايل‬‫و‬
‫پايانه‬‫های‬‫پيشرفت‬ ‫و‬ ‫تحقيقات‬ ،‫ثابت‬‫ممكن‬ ‫رايج‬ ‫رويكردهای‬ .‫است‬ ‫گرفته‬ ‫صورت‬ ‫توجهی‬ ‫قابل‬ ‫های‬
‫ب‬‫ذخيره‬ ‫رای‬‫وسايل‬ ‫در‬ ‫هيدروژن‬ ‫سازی‬:‫شامل‬ ‫نقليه‬1-‫ذخيره‬‫سازی‬‫فشر‬ ‫طريق‬ ‫از‬‫ده‬‫سا‬‫به‬ ‫زی‬‫صورت‬
‫مايع‬ ‫يا‬ ‫گاز‬،2-‫ذخيره‬‫حا‬ ‫در‬ ‫شيميايی‬ ‫سازی‬‫مل‬‫برگشت‬ ‫هيدروژن‬ ‫های‬،‫ناپذير‬3-‫هيدريدهای‬‫فلزی‬
‫برگشت‬ ‫شيميايی‬ ‫و‬‫و‬ ،‫پذير‬4-‫می‬ ،‫جامد‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫گاز‬ ‫جذب‬‫باش‬‫ن‬‫هر‬ ‫اگرچه‬ .‫د‬‫از‬ ‫کدام‬‫روش‬‫های‬
‫ذخيره‬‫بر‬ ‫سازی‬‫ويژگی‬ ‫خی‬‫مطلوب‬ ‫های‬‫دارند‬‫هيچ‬ ‫ولی‬ ،‫يک‬‫نتوانسته‬‫زمي‬ ‫در‬ ‫اند‬‫نه‬‫های‬،‫بازده‬‫ظرفي‬،‫ت‬
‫همه‬ ،‫ايمنی‬ ‫و‬ ‫قيمت‬ ،‫وزن‬‫خودرو‬ ‫کاربردهای‬ ‫نيازهای‬‫سازی‬‫وزنی‬ ‫و‬ ‫حجمی‬ ‫کارآيی‬ .‫سازند‬ ‫برآورده‬ ‫را‬
‫روش‬‫ذخيره‬ ‫مختلف‬ ‫های‬‫در‬ ‫سازی‬‫شكل‬(1-2)‫ن‬‫شده‬ ‫داده‬ ‫شان‬‫است‬[2].
‫فشرده‬ ‫روش‬‫ه‬ ‫گاز‬ ‫سازی‬‫ذخيره‬ ‫و‬ ‫يدروژن‬‫به‬ ‫سازی‬‫مايع‬ ‫صورت‬‫هم‬‫ب‬ ‫اکنون‬‫ه‬‫ت‬ ‫صورت‬‫جاری‬‫انجام‬
‫می‬‫روش‬ ‫اين‬ ‫ولی‬ ،‫گيرد‬‫ها‬‫ن‬‫ياز‬‫به‬‫مخازن‬‫سنگ‬ ‫و‬ ‫بزرگ‬‫ين‬‫دار‬‫ن‬‫ز‬ ‫فضای‬ ‫و‬ ‫د‬‫يادی‬‫را‬‫می‬ ‫اشغال‬‫کنند‬‫و‬
‫هز‬‫ينه‬‫روش‬ ‫اين‬‫ها‬‫بسيار‬ ‫نيز‬‫طرفی‬ ‫از‬ .‫باالست‬‫ه‬‫يدروژن‬‫ما‬‫يع‬‫ن‬‫يازمند‬‫عا‬‫يق‬‫حرارت‬‫ی‬‫جلوگ‬ ‫برای‬‫ي‬‫ری‬
‫تبخ‬ ‫از‬‫ير‬‫ه‬‫است‬ ‫يدروژن‬.‫از‬ ‫نگهداری‬ ‫و‬ ‫نقل‬ ‫و‬ ‫حمل‬ ‫خطرات‬ ‫همچنين‬‫آن‬‫همو‬ ‫ها‬‫اره‬‫خطرناک‬‫بوده‬‫و‬
‫برای‬‫کاربردهای‬‫حمل‬‫و‬‫نقل‬‫گزينه‬‫نمی‬ ‫مناسبی‬‫دانشمندان‬ .‫باشند‬‫برای‬‫مشكالت‬ ‫اين‬ ‫از‬ ‫رهايی‬،
‫ذخيره‬‫سازی‬‫هيدروژن‬‫به‬‫جامد‬ ‫صورت‬‫داده‬ ‫پيشنهاد‬ ‫را‬.‫اند‬‫تكنيک‬ ‫انواع‬ ‫بررسی‬ ‫با‬ ‫سمينار‬ ‫اين‬ ‫در‬‫های‬
‫ذخ‬‫يره‬‫مطالعه‬ ‫و‬ ‫هيدروژن‬ ‫جامد‬ ‫سازی‬‫دم‬ ‫مانند‬ ‫عملياتی‬ ‫پارامترهای‬‫جاذب‬ ‫مواد‬ ‫ساختار‬ ‫نيز‬ ‫و‬ ‫فشار‬ ‫و‬ ‫ا‬
‫ناخالصی‬ ‫اثر‬ ‫و‬‫عمل‬ ،‫ها‬‫آن‬ ‫کرد‬‫می‬ ‫پيشنهاد‬ ‫مناسب‬ ‫جاذب‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫مقايسه‬ ‫ها‬.‫شود‬

5
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫مقدمه‬
‫شکل‬(1-2)‫چگالی‬‫تكنولوژی‬ ‫از‬ ‫آمده‬ ‫دست‬ ‫به‬ ‫مختلف‬ ‫های‬‫هيدروژن‬ ‫سازی‬ ‫ذخيره‬ ‫مختلف‬ ‫های‬[2].

6
‫ه‬ ‫از‬ ‫استفاده‬‫ي‬‫دروژن‬‫انرژ‬ ‫منبع‬ ‫عنوان‬ ‫به‬‫ی‬
‫وژن‬‫ذخ‬‫ی‬‫ره‬‫ش‬‫ه‬ ‫از‬ ‫استفاده‬‫ی‬‫دروژن‬‫انرژ‬ ‫منبع‬ ‫عنوان‬ ‫به‬‫ی‬
‫ه‬ ‫از‬ ‫استفاده‬‫ی‬‫دروژن‬‫انرژ‬ ‫منبع‬ ‫عنوان‬ ‫به‬‫ی‬
‫اس‬‫منبع‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫هیدروژن‬ ‫از‬ ‫تفاده‬
‫انرژی‬

7
‫اس‬‫ه‬ ‫از‬ ‫تفاده‬‫ی‬‫دروژن‬‫انرژ‬ ‫منبع‬ ‫عنوان‬ ‫به‬‫ی‬
‫محيط‬ ‫آلودگی‬ ‫يعنی‬ ،‫مهم‬ ‫معضل‬ ‫دو‬ ‫با‬ ‫جهان‬ ،‫انرژی‬ ‫افزون‬ ‫روز‬ ‫تقاضای‬ ‫و‬ ‫جهان‬ ‫صنعتی‬ ‫توسعه‬ ‫با‬
‫سوخت‬ ‫ذخاير‬ ‫بودن‬ ‫محدود‬ ‫و‬ ‫زيست‬‫روبه‬ ،‫فسيلی‬ ‫های‬‫اين‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ .‫است‬ ‫رو‬‫از‬ ‫يكی‬ ‫امروزه‬ ‫که‬
‫آالينده‬ ‫انتشار‬ ،‫جهان‬ ‫بزرگ‬ ‫مشكالت‬‫سوخ‬ ‫از‬ ‫حاصل‬ ‫های‬‫ت‬‫می‬ ‫فسيلی‬ ‫های‬،‫باشد‬‫از‬ ‫يكی‬ ‫هيدورژن‬
‫سوخت‬ ‫منابع‬‫اميد‬‫اس‬ ‫آينده‬ ‫برای‬ ‫بخش‬.‫ت‬‫ه‬ ‫گاز‬‫يدروژن‬‫فراوان‬‫تر‬‫ين‬‫طب‬ ‫عنصر‬‫يعی‬‫از‬ ‫پس‬ ‫و‬ ‫است‬
‫زيست‬ ‫نظر‬ ‫از‬ ً‫ال‬‫کام‬ ‫که‬ ‫کند‬ ‫می‬ ‫توليد‬ ‫آب‬ ‫بخارات‬ ،‫احتراق‬‫پاک‬ ‫محيطی‬‫بوده‬‫در‬ ‫چرخش‬ ‫قابليت‬ ‫و‬
‫را‬ ‫طبيعت‬.‫دارد‬‫مهم‬ ‫اين‬‫دليل‬ ‫ترين‬‫ی‬‫ک‬ ‫را‬ ‫هيدروژن‬ ‫که‬ ‫است‬‫انديدا‬‫ی‬‫سوخت‬ ‫جايگزينی‬ ‫برای‬ ‫اصلی‬‫ها‬‫ی‬
‫فسيل‬‫ی‬.‫است‬ ‫نموده‬‫هيدروژن‬ ‫طرفی‬ ‫از‬‫سوخت‬ ‫با‬ ‫مقايسه‬ ‫در‬‫های‬‫ديگر‬‫باالترين‬‫در‬ ‫انرژی‬ ‫دانسيته‬
‫واحد‬‫اين‬ ‫از‬ .‫دارد‬ ‫را‬ ‫جرم‬‫رو‬‫ب‬ ‫استفاده‬ ‫برای‬‫ه‬‫در‬ ‫مناسب‬ ‫سوخت‬ ‫يک‬ ‫عنوان‬‫احتراقی‬ ‫موتورهای‬‫و‬
‫پيل‬‫سوختی‬ ‫های‬،‫از‬‫جذابيت‬‫بسيار‬‫بااليی‬‫ا‬ ‫برخوردار‬‫در‬ ‫دنيا‬ ‫مختلف‬ ‫کشورهای‬ ‫حاضر‬ ‫حال‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫ست‬
‫می‬ ‫بخش‬ ‫اين‬ ‫در‬ ‫گذاری‬ ‫سرمايه‬ ‫حال‬‫باشند‬‫ا‬ ‫از‬ ‫قبل‬ .‫ينكه‬‫وس‬ ‫استفاده‬ ‫امكان‬‫يع‬‫ه‬ ‫سوخت‬ ‫از‬‫يدروژ‬‫نی‬
‫فرآهم‬‫با‬ ،‫شود‬‫يد‬‫چالش‬‫ها‬‫ی‬‫تكن‬‫يكی‬‫مهمی‬‫حل‬‫تول‬ ‫جمله‬ ‫از‬ ،‫شوند‬‫يد‬‫مقرون‬‫به‬‫ذخ‬ ‫و‬ ‫صرفه‬‫يره‬‫سازی‬
‫ه‬‫يدروژن‬‫همچن‬ .‫ين‬‫برا‬‫ی‬‫ن‬‫يل‬‫س‬ ‫به‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫به‬‫ه‬ ‫وخت‬،‫يدروژنی‬‫با‬‫يد‬‫مشوق‬‫ها‬‫يی‬‫ن‬‫يز‬‫سو‬ ‫از‬‫ی‬‫د‬‫ولت‬‫ها‬
‫تع‬‫يين‬‫شود‬[1].
0-9-‫روش‬‫انرژی‬ ‫منبع‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫هیدروژن‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫های‬
‫می‬ ‫صورت‬ ‫دو‬ ‫به‬ ‫هيدروژن‬ ‫گاز‬ ‫از‬‫به‬ ‫توان‬:‫کرد‬ ‫استفاده‬ ‫پاک‬ ‫و‬ ‫جديد‬ ‫انرژی‬ ‫منبع‬ ‫يک‬ ‫عنوان‬
1-‫احتراقی‬ ‫سوخت‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫هيدروژن‬ ‫از‬ ‫استفاده‬
2-‫برای‬ ‫هيدروژن‬ ‫از‬ ‫استفاده‬‫سلول‬ ‫در‬ ‫الكتريسيته‬ ‫جريان‬ ‫توليد‬‫هيدروژنی‬ ‫سوختی‬ ‫های‬
‫پيشرفته‬ ‫امروزه‬‫ترين‬‫خودروها‬،‫موجود‬ ‫ی‬‫نيروی‬ ‫که‬‫پيش‬‫ران‬‫را‬ ‫خود‬‫از‬‫موتور‬ ‫در‬ ‫داخلی‬ ‫احتراق‬
‫ب‬‫ه‬‫می‬ ‫دست‬‫آور‬‫ن‬،‫د‬kg4/2(3‫هر‬ ‫در‬ ‫بنزين‬ )‫ليتر‬km111‫می‬ ‫مصرف‬‫کن‬‫ن‬‫مقدار‬ ‫اين‬ ‫انرژی‬ ‫لحاظ‬ ‫از‬ .‫د‬
‫بنزين‬‫با‬kg8/1‫هر‬ ‫برای‬ ‫هيدروژن‬km111‫می‬ ‫برابری‬.‫کند‬‫تحقيقات‬‫جديد‬‫می‬ ‫نشان‬‫تجهيزات‬ ‫دهد‬
‫ا‬ ‫تبديل‬‫ب‬ ‫نسبت‬ ‫کارآمدتری‬ ‫نرژی‬‫آن‬ ‫از‬ ‫که‬ ‫دارند‬ ‫وجود‬ ‫اتومبيل‬ ‫موتور‬ ‫در‬ ‫درونی‬ ‫احتراق‬ ‫ه‬‫می‬ ‫جمله‬‫توان‬
‫کرد‬ ‫اشاره‬ ‫سوختی‬ ‫پيل‬ ‫به‬.‫آينده‬ ‫در‬‫پيشرفت‬ ‫با‬‫سيستم‬ ‫اين‬‫ها‬‫هيدروژن‬ ‫مقدار‬‫شده‬ ‫مصرف‬‫و‬ ‫و‬‫زن‬
‫سيستم‬‫ذخيره‬ ‫های‬‫کرد‬ ‫خواهد‬ ‫پيدا‬ ‫کاهش‬ ‫سازی‬[4]‫داده‬ ‫توضيح‬ ‫روش‬ ‫دو‬ ‫هر‬ ‫از‬ ‫مختصری‬ ‫ادامه‬ ‫در‬ .
‫می‬‫شود‬.

8
0-9-9-‫ه‬ ‫از‬ ‫استفاده‬‫یدروژن‬‫احتراق‬ ‫سوخت‬ ‫صورت‬ ‫به‬‫ی‬
‫به‬ ‫تواند‬ ‫می‬ ‫هيدروژن‬‫احتراق‬ ‫موتور‬ ‫در‬ ً‫ا‬‫مستقيم‬ ،‫سوخت‬ ‫عنوان‬‫به‬ ‫داخلی‬.‫رود‬ ‫کار‬‫به‬ ،‫هيدروژن‬‫دل‬‫يل‬
‫جرقه‬ ‫انرژی‬1
‫محدوده‬ ‫و‬ ‫نياز‬ ‫مورد‬ ‫پايين‬‫اشتعال‬ ‫ی‬‫وسيع‬ ‫پذيری‬،‫بسيار‬ ‫کانديدای‬‫استف‬ ‫برای‬ ‫خوبی‬‫اده‬
‫احتراق‬ ‫موتورهای‬ ‫در‬‫می‬ ‫داخلی‬‫خود‬ ‫احتراق‬ ‫دمای‬ ‫به‬ ‫باتوجه‬ .‫باشد‬‫به‬‫خودی‬2
‫احتراق‬ ‫تأخير‬ ،‫باال‬3
‫شعله‬ ‫سرعت‬ ‫و‬ ‫محدود‬4
‫هيدروژنی‬ ‫داخلی‬ ‫احتراق‬ ‫موتورهای‬ ،‫باال‬ ‫ی‬5
(HICE‫موتورهای‬ ‫با‬ ‫مقايسه‬ ‫در‬ )
‫اين‬ ‫از‬ .‫دارند‬ ‫کمتری‬ ‫کوبش‬ ،‫بنزينی‬‫احتراق‬ ‫موتورهای‬ ،‫رو‬‫دا‬‫خلی‬‫ه‬‫تحقيقاتی‬ ‫اکتان‬ ‫عدد‬ ‫يدروژنی‬
.‫دارند‬ ‫بنزينی‬ ‫موتورهای‬ ‫به‬ ‫نسبت‬ ‫باالتری‬‫همچنين‬‫موتورها‬‫ی‬‫احتراق‬‫داخل‬‫ی‬‫از‬ ‫عاری‬ ‫هيدروژنی‬2CO
‫نمی‬ ‫هيدروژن‬ .‫هستند‬ ‫هيدروکربنی‬ ‫ترکيبات‬ ‫و‬‫به‬ ‫تواند‬‫ديزلی‬ ‫موتور‬ ‫در‬ ‫مستقيم‬ ‫طور‬‫يا‬‫موت‬‫و‬‫احتراق‬ ‫ر‬
‫تراکمی‬1
‫به‬‫خود‬ ‫احتراق‬ ‫دمای‬ ‫زيرا‬ ‫رود؛‬ ‫کار‬‫به‬‫خودی‬‫ديزلی‬ ‫موتور‬ ‫بنابراين‬ .‫باالست‬ ‫بسيار‬ ‫هيدروژن‬
‫شمع‬ ‫به‬ ‫بايد‬7
‫خاصی‬ ‫های‬‫استفاده‬ ‫ديزل‬ ‫سوخت‬ ‫از‬ ‫کمی‬ ‫مقدار‬ ،‫گاز‬ ‫کردن‬ ‫مشتعل‬ ‫برای‬ ‫يا‬ ‫شود‬ ‫مجهز‬
‫می‬ ‫شناخته‬ ‫احتراق‬ ‫پيشران‬ ‫عنوان‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫شود‬‫در‬ .‫شود‬HICE‫هيدروژن‬ ‫بنزينی‬ ‫موتور‬ ‫مانند‬ ،‫به‬ ‫گازی‬
‫می‬ ‫سپس‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫تزريق‬ ‫موتور‬ ‫داخل‬‫وس‬ .‫سوزد‬‫ايل‬‫نقليه‬HICE‫وسيله‬ ‫صورت‬ ‫دو‬ ‫به‬‫نقليه‬HICE
‫مرسوم‬‫و‬‫وسيله‬‫نقليه‬HICE‫وسايل‬ ‫در‬ .‫دارند‬ ‫وجود‬ ،‫هيبريدی‬‫نقليه‬HICE‫احتراق‬ ‫موتور‬ ،‫مرسوم‬
‫به‬ ‫هيدروژنی‬‫چرخ‬ ‫مكانيكی‬ ‫صورت‬‫وسيله‬ ‫های‬‫می‬ ‫در‬ ‫حرکت‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫نقليه‬‫بنزينی)؛‬ ‫موتور‬ ‫(مشابه‬ ‫آورد‬
‫درحالی‬‫وسايل‬ ‫در‬ ‫که‬‫نقليه‬HICE،‫هيبريدی‬‫به‬ ‫برای‬ ‫هيدروژنی‬ ‫موتور‬‫ژنراتور‬ ‫يک‬ ‫انداختن‬ ‫کار‬
‫به‬ ،‫الكتريكی‬‫می‬ ‫گرفته‬ ‫کار‬‫شود‬‫و‬‫چرخ‬ ‫الكتريكی‬ ‫ژنراتور‬ ‫از‬ ‫حاصل‬ ‫نيروی‬‫وسيله‬ ‫های‬‫نقلي‬‫ه‬‫حرکت‬ ‫به‬ ‫را‬
‫می‬ ‫در‬‫آورد‬[2].
‫هیدروژن‬ ‫سوخت‬ ‫خواص‬
1-‫انرژی‬ ‫محتوی‬
‫ه‬‫يدروژن‬‫د‬ ‫به‬ ‫نسبت‬‫يگر‬‫سوخت‬‫باالتر‬ ‫ها‬‫ين‬‫انرژ‬ ‫نسبت‬‫ی‬‫وزن‬ ‫به‬‫سبک‬ ‫چراکه‬ ،‫دارد‬ ‫را‬‫تر‬‫ين‬‫عنصر‬
‫حاو‬ ‫و‬ ‫بوده‬‫ی‬‫اتم‬‫ها‬‫ی‬‫سنگ‬‫ين‬‫نم‬ ‫کربن‬‫ی‬‫باشد‬‫هم‬ ‫به‬ .‫ين‬‫دل‬‫يل‬‫ه‬ ‫که‬ ‫است‬‫يدروژن‬‫فضا‬ ‫برنامه‬ ‫در‬‫ي‬،‫ی‬
‫بس‬ ‫وزن‬ ‫که‬‫يار‬‫تع‬‫يين‬‫کننده‬‫بس‬ ‫کاربرد‬ ،‫است‬‫يار‬‫گسترده‬‫ا‬‫ی‬‫انرژ‬ ‫مقدار‬ ،ً‫ا‬‫خصوص‬ .‫دارد‬‫ی‬‫ش‬ ‫آزاد‬‫در‬ ‫ده‬
‫ط‬‫ی‬‫ه‬ ‫واکنش‬،‫يدروژن‬‫مبنا‬ ‫بر‬‫ی‬‫تقر‬ ،‫جرم‬ً‫ا‬‫يب‬5/2‫برابر‬‫گرما‬‫ی‬‫سوخت‬ ‫اشتعال‬‫ها‬‫ی‬‫ه‬‫يدروکربنی‬
‫معمول‬‫ی‬‫(بنز‬ ‫است‬،‫ين‬‫گا‬،‫زوئيل‬‫بنابرا‬ .)...‫و‬ ‫پروپان‬ ،‫متان‬‫ين‬‫برا‬‫ی‬‫يک‬‫کاربرد‬‫ن‬ ‫مورد‬ ‫جرم‬ ،‫مشخص‬‫ياز‬
1 spark-energy
2 autoignition temperature
3 ignition delay
4 flame velocity
5 hydrogen internal combustion engine
1 compression ignition
7 spark plugs

9
‫برا‬‫ی‬‫ه‬‫يدروژن‬‫تنها‬‫يک‬‫سوم‬‫ن‬ ‫مورد‬ ‫جرم‬‫ياز‬‫برا‬‫ی‬‫ه‬ ‫سوخت‬‫يدروکربنی‬‫همچن‬ .‫است‬،‫ين‬‫بدل‬‫يل‬‫مقد‬‫ار‬
‫انرژ‬‫ی‬‫باال‬‫ی‬‫ه‬،‫يدروژن‬‫انرژ‬‫ی‬‫گاز‬ ‫انفجار‬‫ی‬‫ه‬‫يدروژ‬‫ن‬ً‫ا‬‫حدود‬5/2‫سوخت‬ ‫برابر‬‫ها‬‫ی‬‫ه‬‫يدروکربنی‬‫معمول‬
‫د‬ ‫لذا‬ .‫است‬‫ر‬‫انفجارها‬ ،‫برابر‬ ‫جرم‬ ‫مقدار‬‫ی‬‫ه‬ ‫گاز‬‫يدروژن‬‫بس‬‫يار‬‫قو‬‫ی‬‫تر‬‫م‬‫ی‬‫باشد‬‫مدت‬ ،‫اگرچه‬ .‫زمان‬
‫آتش‬‫سوز‬‫ی‬‫انرژ‬ ‫با‬ ‫عكس‬ ‫نسبت‬‫ی‬‫به‬ ،‫دارد‬ ‫احتراق‬‫طور‬‫ی‬‫که‬‫ه‬ ‫آتش‬‫يدروژن‬‫بس‬‫يار‬‫سر‬‫يع‬‫تر‬‫آتش‬ ‫از‬
‫ه‬ ‫سوخت‬‫يدروکربنی‬‫م‬ ‫فروکش‬‫ی‬‫کند‬[5].
2-‫پذیری‬ ‫اشتعال‬
‫آتش‬ ‫اينكه‬ ‫برای‬‫سه‬ ،‫دهد‬ ‫رخ‬ ‫انفجار‬ ‫يا‬ ‫سوزی‬‫اساسی‬ ‫عامل‬‫اکسيژن‬ ،‫سوخت‬‫مورد‬ ،‫احتراق‬ ‫منبع‬ ‫و‬
‫س‬ ‫يک‬ ‫هيدروژن‬ .‫است‬ ‫نياز‬‫اشتعال‬ ‫وخت‬‫احتراق‬ ‫قابل‬ ‫شود‬ ‫ترکيب‬ ‫هوا‬ ‫اکسيژن‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫زمانی‬ ‫و‬ ‫است‬ ‫پذير‬
‫می‬ ‫احتراق‬ ‫منبع‬ .‫شود‬ ‫می‬‫باشد‬ ‫زياد‬ ‫حرارت‬ ‫يا‬ ‫شعله‬ ،‫جرقه‬ ‫تواند‬[5].
3-‫دما‬‫ی‬‫خود‬ ‫به‬ ‫خود‬ ‫احتراق‬‫ی‬
‫دما‬‫ی‬‫خود‬ ‫احتراق‬‫به‬‫خود‬‫خودپيشران‬ ‫احتراق‬ ‫آغاز‬ ‫برای‬ ‫نياز‬ ‫مورد‬ ‫دمای‬ ‫حداقل‬ ‫از‬ ‫است‬ ‫عبارت‬ ‫ی‬1
‫احتراق‬ ‫سوخت‬ ‫يک‬‫به‬ .‫اشتعال‬ ‫منبع‬ ‫يک‬ ‫غياب‬ ‫در‬ ،‫پذير‬‫می‬ ‫گرم‬ ‫سوخت‬ ،‫ديگر‬ ‫عبارت‬‫اين‬ ‫تا‬ ‫شود‬‫که‬
‫و‬ ‫شود‬ ‫مشتعل‬‫ن‬ ‫بدون‬ ‫واکنش‬ ‫پس‬ ‫آن‬‫ياز‬‫انرژ‬ ‫به‬‫ی‬‫خ‬‫ارج‬‫ی‬‫ادامه‬‫می‬‫احتراق‬ ‫دمای‬ ‫يک‬ ‫سوخت‬ ‫هر‬ .‫يابد‬
‫خود‬‫به‬‫برابر‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫باال‬ ً‫ا‬‫نسبت‬ ‫دما‬ ‫اين‬ ‫هيدروژن‬ ‫برای‬ .‫دارد‬ ‫معين‬ ‫خودی‬℃585‫باعث‬ ‫اين‬ .‫است‬
‫می‬‫اشتعال‬ ‫منابع‬ ‫برخی‬ ‫افزودن‬ ‫بدون‬ ‫و‬ ‫دادن‬ ‫حرارت‬ ‫با‬ ‫تنها‬ ،‫هيدروژن/هوا‬ ‫مخلوط‬ ‫يک‬ ‫اشتعال‬ ‫که‬ ‫شود‬
‫باشد‬ ‫دشوار‬ ،‫اضافی‬[5].
4-‫احتراق‬ ‫انرژی‬
‫قابل‬ ‫سوخت‬ ‫مخلوط‬ ‫يک‬ ‫اشتعال‬ ‫برای‬ ‫بايد‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫خارجی‬ ‫انرژی‬ ‫مقدار‬ ‫احتراق‬ ‫انرژی‬،‫احتراق‬
‫خ‬ ‫منبع‬ ‫از‬ ‫اعمالی‬ ‫انرژی‬ .‫شود‬ ‫اعمال‬‫به‬ ‫خود‬ ‫احتراق‬ ‫دمای‬ ‫از‬ ‫بيشتر‬ ‫بايد‬ ،‫ارجی‬‫يک‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫خودی‬
‫مدت‬‫احتراق‬ ‫منابع‬ .‫برساند‬ ‫احتراق‬ ‫دمای‬ ‫به‬ ‫و‬ ‫کرده‬ ‫گرم‬ ‫را‬ ‫سوخت‬ ‫بخار‬ ‫تا‬ ‫شود‬ ‫اعمال‬ ‫مناسب‬ ‫زمان‬
‫شعله‬ ،‫رايج‬‫جرقه‬ ‫و‬ ‫ها‬‫می‬ ‫ها‬.‫باشند‬‫احتراق‬ ‫دمای‬ ‫هيدروژن‬ ،‫اگرچه‬‫خود‬‫به‬‫نسبت‬ ‫باالتری‬ ‫خودی‬‫متان‬ ‫به‬،
‫بنزين‬ ‫يا‬ ‫پروپان‬،‫دارد‬‫ولی‬‫آن‬ ‫احتراق‬ ‫انرژی‬mJ12/1‫می‬‫لذا‬ ‫و‬ ‫بوده‬ ‫کمی‬ ‫مقدار‬ ً‫ا‬‫تقريب‬ ‫که‬ ‫باشد‬
‫به‬‫تخليه‬ ‫يا‬ ‫پنهان‬ ‫جرقه‬ ‫يک‬ ‫حتی‬ .‫است‬ ‫احتراق‬ ‫قابل‬ ‫سادگی‬‫(در‬ ‫انسان‬ ‫بدن‬ ‫از‬ ‫ساکن‬ ‫الكتريسيته‬ ‫ی‬
‫کند‬ ‫تأمين‬ ‫احتراق‬ ‫برای‬ ‫را‬ ‫کافی‬ ‫انرژی‬ ‫است‬ ‫ممكن‬ )‫خشک‬ ‫شرايط‬[5].
5-‫اکتان‬ ‫عدد‬
‫ضد‬ ‫خواص‬ ،‫اکتان‬ ‫عدد‬‫هنگام‬ ‫را‬ ‫سوخت‬ ‫کوبشی‬‫احتراق‬‫توصيف‬ ،‫داخلی‬ ‫احتراق‬ ‫موتور‬ ‫يک‬ ‫در‬
‫می‬‫به‬ ،‫سوخت‬ ‫احتراق‬ ‫از‬ ‫پس‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫ثانويه‬ ‫انفجار‬ ‫يک‬ ،‫کوبش‬ .‫کند‬‫برخی‬ ‫در‬ ‫حرارت‬ ‫تجمع‬ ‫علت‬
‫قسمت‬‫می‬ ‫رخ‬ ،‫احتراق‬ ‫محفظه‬ ‫ديگر‬ ‫های‬.‫دهد‬‫ه‬ ‫اکتان‬ ‫عملكرد‬‫يدروکربن‬‫به‬‫عنوان‬‫يک‬‫برا‬ ‫استاندارد‬‫ی‬
1
self-sustained combustion

11
‫استفاده‬‫ه‬ ‫از‬‫ی‬‫دروژن‬‫انرژ‬ ‫منبع‬ ‫عنوان‬ ‫به‬‫ی‬
‫اندازه‬‫گ‬‫يری‬‫به‬ ،‫کوبش‬ ‫به‬ ‫مقاومت‬‫م‬ ‫کار‬‫ی‬‫رود‬‫عدد‬ ‫و‬111‫عنوان‬ ‫به‬‫يک‬‫اکتان‬ ‫درجه‬‫معيار‬،‫مقرر‬
‫شده‬‫ه‬ .‫است‬‫يدروژن‬‫ا‬ ‫عدد‬‫کتان‬‫تحق‬‫يقاتی‬‫بس‬‫يار‬‫باال‬‫يی‬‫دارد‬(131)‫حت‬ ‫و‬‫ی‬‫هنگام‬‫ی‬‫شرا‬ ‫تحت‬ ‫که‬‫يط‬
‫بس‬‫يار‬‫ضع‬‫يف‬‫م‬‫ی‬‫سوزد‬،‫م‬ ‫کوبش‬ ‫به‬ ‫مقاوم‬‫ی‬‫باشد‬[5].
0-9-0-‫در‬ ‫الكتریسیته‬ ‫تولید‬ ‫برای‬ ‫هیدروژن‬ ‫از‬ ‫استفاده‬‫سلول‬‫سوختی‬ ‫های‬
‫سل‬‫ول‬‫سوختی‬،‫شيميايی‬ ‫انرژی‬‫می‬ ‫تبديل‬ ‫الكتريكی‬ ‫انرژی‬ ‫به‬ ً‫ا‬‫مستقيم‬ ‫را‬ ‫هيدروژن‬‫ک‬‫ن‬‫يک‬ .‫د‬
‫سلول‬)‫(منفی‬ ‫آند‬ ‫و‬ )‫(مثبت‬ ‫کاتد‬ ‫الكترود‬ ‫دو‬ ‫شامل‬ ‫سوختی‬‫است‬‫هم‬ ‫به‬ ‫الكتروليت‬ ‫يک‬ ‫توسط‬ ‫که‬
‫شده‬ ‫متصل‬( ‫اند‬‫شكل‬2-1‫هيدروژن‬ .)‫به‬ ،‫اکسيژن‬ ‫و‬‫به‬ ‫ترتيب‬‫سمت‬‫آند‬‫می‬ ‫جريان‬ ‫کاتد‬ ‫و‬‫يابند‬.
‫واکنش‬‫های‬،‫آند‬ ‫در‬ ‫شده‬ ‫انجام‬‫کاتد‬‫کلی‬ ‫واکنش‬ ‫و‬:‫است‬ ‫ذيل‬ ‫شرح‬ ‫به‬
𝐴𝑛𝑜𝑑𝑒: 2𝐻2 ⟶ 4𝐻+
+ 4𝑒−
𝐻2 +
1
2
𝑂2 → 𝐻2 𝑂
‫الكترودها‬‫نقش‬ ‫دو‬‫اصلی‬‫دارن‬:‫د‬1-‫انتقال‬‫ا‬‫ل‬‫می‬ ‫فرآهم‬ ‫را‬ ‫كترون‬‫و‬ ‫کنند‬2-‫الكترون‬ ‫انتقال‬ ‫از‬ ‫قبل‬،‫ها‬
‫رسوب‬ ‫برای‬ ‫الزم‬ ‫سطح‬‫اوليه‬‫مولكول‬ ‫ی‬‫و‬ ‫ها‬‫به‬ ‫تبديل‬‫می‬ ‫فراهم‬ ‫را‬ ‫اتمی‬ ‫اجزاء‬‫به‬ ‫رسيدن‬ ‫برای‬ .‫کنند‬
‫سلول‬ ،‫باالتر‬ ‫ولتاژ‬‫سلول‬ ‫انباره‬ ‫يک‬ ‫با‬ ‫اوليه‬ ‫سوختی‬ ‫های‬‫سوختی‬1
‫می‬ ‫ترکيب‬‫اين‬ .‫شوند‬‫به‬ ‫کار‬‫اين‬
‫انجام‬ ‫صورت‬‫می‬‫هر‬ ‫که‬ ‫شود‬‫بعد‬ ‫سلول‬ ‫به‬ ‫سلول‬‫ی‬‫می‬ ‫متصل‬‫به‬ ،‫شود‬‫طوری‬‫از‬ ‫جريان‬ ‫خروج‬ ‫مانع‬ ‫که‬
‫الكترون‬ ‫اما‬ ‫شود‬ ‫الكترود‬ ‫گوشه‬‫ها‬‫بتوانند‬‫همه‬ ‫از‬‫ان‬ ‫الكترود‬ ‫سطح‬‫ت‬‫همان‬ .‫يابند‬ ‫قال‬‫شكل‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫طور‬
(2-2)‫نشان‬‫داده‬‫شده‬‫دوقطبی‬ ‫صفحه‬ ‫يک‬ ‫از‬ ،‫است‬‫برای‬‫استفاده‬ ‫سلول‬ ‫اتصال‬‫می‬‫عمليات‬ .‫شود‬
‫پيوسته‬‫گرمای‬ ‫مديريت‬ ‫نيازمند‬ ‫انباره‬‫ابزارهای‬ ‫ازطريق‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫آب‬ ‫و‬ ‫هيدروژن‬ ،‫هوا‬ ،‫مؤثر‬‫کمكی‬
‫پمپ‬ ‫مانند‬‫دمنده‬ ،‫ها‬‫کنترل‬ ‫و‬ ‫ها‬‫ر‬‫می‬ ‫فرآهم‬ ،‫ها‬‫شود‬[2].
1 fuel cell stack
(2-1)
𝐶𝑎𝑡𝑜𝑑𝑒: 𝑂2 + 4𝐻+
+ 4𝑒−
⟶ 2𝐻2 𝑂

11
‫قطبی‬ ‫دو‬ ‫صفحات‬
‫شکل‬(2-1)‫شما‬‫يی‬( ‫پروتونی‬ ‫تبادل‬ ‫غشاء‬ ‫سوختی‬ ‫سلول‬ ‫از‬PEMCF)[2].
‫شکل‬(2-2)‫متصل‬ ‫برای‬ ‫دوقطبی‬ ‫صفحات‬‫سلول‬ ‫کردن‬‫مجموعه‬ ‫يک‬ ‫در‬ ‫سوختی‬ ‫های‬[2].
Anode: 2H2 ⟶ 4H+
+4e- Catode: 2H2 ⟶ 4H+
+4e-
‫قطبی‬ ‫دو‬ ‫صفحات‬
‫منفی‬ ‫انتهايی‬ ‫صفحات‬
‫مثبت‬ ‫انتهايی‬ ‫صفحات‬

12
‫سلول‬ ‫انواع‬‫سوختی‬ ‫های‬
‫سلول‬ ‫از‬ ‫مختلف‬ ‫نوع‬ ‫شش‬‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫سوختی‬ ‫های‬‫که‬‫بازده‬ ‫و‬ ‫قيمت‬ ،‫عملياتی‬ ‫دمای‬ ،‫کاربرد‬ ‫هريک‬
‫(جدول‬ ‫دارند‬ ‫متفاوتی‬2-1)[2]:
1-‫آلکالینی‬ ‫سوختی‬ ‫سلول‬1
(AFC)
2-‫سل‬‫ول‬‫مستقیم‬ ‫متانول‬ ‫سوختی‬2
(DMFC)
3-‫سلول‬‫سوختی‬‫مذاب‬ ‫کربنات‬3
(MCFC)
4-‫سلول‬‫فسفریک‬ ‫اسید‬ ‫سوختی‬4
(PAFC)
5-‫سلول‬‫یونی‬ ‫تبادل‬ ‫غشاء‬ ‫سوختی‬5
(PEMFC)
6-‫سلول‬‫جامد‬ ‫اکسید‬ ‫سوختی‬6
(SOFC)
‫جدول‬(2-1)‫سلول‬ ‫مختلف‬ ‫انواع‬‫سوختی‬ ‫های‬[2]
AFCDMFCMCFCPAFCPEMFCSOFC
‫الكترولیت‬‫هيدروکسيد‬
‫پتاسيم‬
‫غشاء‬
‫پليمری‬
‫مذاب‬ ‫کربنات‬
‫ساکن‬7
‫اسيد‬‫فسفريک‬
‫ساکن‬ ‫مايع‬
‫يونی‬ ‫تبادل‬ ‫غشاء‬‫سراميک‬
‫دمای‬‫عملیاتی‬C˚11-11131-11151211811111
)%( ‫بازده‬11-454111-4541-3511-4115-51
‫توان‬‫الكتریكی‬‫عاد‬‫ی‬‫تا‬kW21kW11>MW1<kW51<‫تا‬kW251kW
211<
‫ممكن‬ ‫کاربردهای‬،‫زيردريايی‬
‫فضاپيما‬
‫کاربردهای‬
‫قابل‬‫حمل‬
‫نيروگاه‬‫ها‬‫نيروگاه‬‫ها‬‫وسايل‬‫نقليه،مولد‬
‫نيروی‬‫کوچک‬
‫نيروگاه‬‫ها‬
‫زمينه‬ ‫در‬ ‫مطالعه‬ ‫بيشترين‬‫تامين‬‫نيروی‬‫مح‬‫اتومبيل‬ ‫رکه‬‫بر‬ ، ‫ها‬‫روی‬‫سلول‬‫سوختی‬‫غشاء‬‫ت‬‫بادل‬
‫پروتونی‬(PEMFC.‫است‬ ‫گرفته‬ ‫صورت‬ )‫اين‬‫نوع‬‫سلول‬‫ويژگی‬ ‫دارای‬ ‫سوختی‬‫ز‬ ‫های‬‫می‬ ‫ير‬‫باشد‬[2]:
‫(حدود‬ ‫پایین‬ ً‫ا‬‫نسبت‬ ‫عملیاتی‬ ‫دمای‬℃81)
‫نیروی‬ ‫چگالی‬‫باال‬
‫نیاز‬ ‫هنگام‬ ‫در‬ ‫نیرو‬ ‫در‬ ‫سریع‬ ‫تغییر‬
‫شروع‬‫به‬‫سریع‬ ‫کار‬
1 alkaline fuel cell
2 direct methanol fuel cell
3 molten carbonate fuel cell
4 phosphoric acid fuel cell
5 proton exchange membrane fuel cell
1 solid oxide fuel cell
7 Immobilized liquid molten carbonate

13
‫استف‬‫ه‬ ‫از‬ ‫اده‬‫ي‬‫دروژن‬‫انرژ‬ ‫منبع‬ ‫عنوان‬ ‫به‬‫ی‬
‫ويژگی‬ ‫اين‬‫ها‬،PEMFC‫اميدبخش‬ ‫به‬ ‫را‬‫ترين‬‫کاربردها‬ ‫مختلف‬ ‫انواع‬ ‫برای‬ ‫گزينه‬‫کرده‬ ‫تبديل‬.‫است‬
‫غشاء‬‫ورقه‬ ‫يک‬ ‫از‬‫پل‬ ‫اسيد‬ ‫نازک‬ ‫ی‬‫ی‬)‫(پرفلوروسولفونيک‬1
‫شده‬ ‫ساخته‬‫است‬‫الكتروليت‬ ‫يک‬ ‫مانند‬ ‫که‬
‫و‬ ‫کرده‬ ‫عمل‬‫يون‬ ‫به‬ ‫تنها‬‫اجازه‬ ‫هيدروژن‬ ‫های‬‫می‬ ‫عبور‬‫سمت‬ ‫دو‬ ‫هر‬ ‫از‬ ‫غشاء‬ .‫دهد‬‫توسط‬‫آلياژ‬ ‫ذرات‬
‫فلزی‬‫بسيار‬‫پراکنده‬‫شده‬2
‫پوشش‬ ،‫می‬ ‫داده‬‫و‬ )‫پالتين‬ ً‫ال‬‫(معمو‬ ‫شود‬‫به‬ ‫ذرات‬ ‫اين‬‫عمل‬ ‫کاتاليست‬ ‫عنوان‬
‫می‬.‫کنند‬‫سلول‬‫سوخ‬‫ت‬‫ی‬‫مستق‬ ‫متانول‬‫يم‬DMFC‫استفاده‬ ‫پليمری‬ ‫غشاء‬ ‫از‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫لحاظ‬ ‫اين‬ ‫از‬ ،
‫می‬‫سلول‬ ‫مشابه‬ ،‫شود‬PEM‫آند‬ ‫در‬ ‫کاتاليست‬ ‫يک‬ ،‫اگرچه‬ .‫است‬DMFC‫متانول‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫هيدروژن‬ ،
‫می‬‫و‬ ‫گيرد‬‫به‬‫ترتيب‬ ‫اين‬‫به‬ ‫نياز‬‫از‬ ‫استفاده‬‫مبدل‬‫سوخت‬3
‫می‬ ‫رفع‬‫شود‬.‫در‬‫سلول‬‫سوخت‬‫ی‬‫کربنات‬‫مذاب‬
(MCFC‫نم‬ ‫يک‬ ‫از‬ ،)‫ک‬‫کربنات‬‫به‬ ‫مذاب‬‫می‬ ‫استفاده‬ ‫الكتروليت‬ ‫عنوان‬‫نمک‬ ‫اين‬ .‫شود‬‫کربنات‬‫مذ‬‫اب‬،
‫اين‬‫زغال‬ ‫از‬ ‫حاصل‬ ‫سوختی‬ ‫گازهای‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫دارد‬ ‫را‬ ‫پتانسيل‬‫سنگ‬4
.‫شود‬ ‫تقويت‬ ،‫طبيعی‬ ‫گاز‬ ‫يا‬ ‫متان‬ ،
‫سلول‬ ‫اين‬‫می‬ ‫سوختی‬ ‫های‬‫راندمان‬ ‫تا‬ ‫توانند‬11%‫تلف‬ ‫حرارت‬ ‫که‬ ‫هنگامی‬ ‫و‬ ‫کنند‬ ‫کار‬‫مورد‬ ‫شده‬
‫قرار‬ ‫استفاده‬‫تا‬ ‫راندمان‬ ‫افزايش‬ ‫احتمال‬ ،‫گيرد‬81%.‫دارد‬ ‫وجود‬‫سلول‬ ‫در‬‫سوخت‬‫ی‬‫اس‬‫يد‬‫فسفر‬‫يک‬
(PAFC‫کاتد‬ ‫و‬ ‫آند‬ ،)‫که‬ ،‫سيليكون‬ ‫کاربيد‬ ‫ساختار‬ ‫يک‬ ‫روی‬ ‫شده‬ ‫پراکنده‬ ِ‫ن‬‫پالتي‬ ‫ريز‬ ‫ذرات‬ ‫از‬
‫نگه‬ ‫را‬ ‫فسفريک‬ ‫اسيد‬ ‫الكتروليت‬‫می‬‫شده‬ ‫ساخته‬ ،‫دارد‬‫سلول‬ .‫اند‬‫سوخت‬‫ی‬‫اکس‬‫يد‬‫جامد‬(SOFC‫حتی‬ ،)
‫ب‬ ‫دماهايی‬ ‫در‬‫از‬ ‫االتر‬MCFC‫می‬ ‫کار‬‫کن‬( ‫د‬℃1111-811‫آن‬ ‫در‬ ‫و‬ )‫به‬ ‫ها‬‫يک‬ ‫از‬ ‫مايع‬ ‫الكتروليت‬ ‫جای‬
‫می‬ ‫استفاده‬ ،‫ايتريم‬ ‫اکسيد‬ ‫با‬ ‫شده‬ ‫پايدار‬ ‫زيرکونيوم‬ ‫اکسيد‬ ‫مانند‬ ،‫جامد‬ ‫سراميكی‬ ‫الكتروليت‬‫اين‬ .‫شود‬
‫سلول‬‫راندمان‬ ‫به‬ ً‫ا‬‫حدود‬ ‫توانند‬ ‫می‬ ‫ها‬11%‫برسند‬[2].
1 poly(perfl uorosulfonic) acid
2
highly dispersed metal alloy particles
3 fuel reformer
4 coal-derived fuel gases

14
‫روش‬‫ذخیره‬ ‫های‬‫هیدروژن‬ ‫سازی‬

15
‫روش‬‫ها‬‫ی‬‫ذخ‬‫ي‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ي‬‫دروژن‬
‫وژن‬‫ذخ‬‫ی‬‫ره‬‫ش‬‫روش‬‫ها‬‫ی‬‫ذخ‬‫ی‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ی‬‫دروژن‬
‫روش‬‫ها‬‫ی‬‫ذخ‬‫ی‬‫ره‬‫ساز‬‫ی‬‫ه‬‫ی‬‫دروژن‬
‫مهم‬‫تر‬‫ين‬‫وسا‬ ‫ساخت‬ ‫در‬ ‫مشكل‬‫يل‬‫حمل‬‫و‬‫ه‬ ‫سوخت‬ ‫با‬ ‫نقل‬،‫يدروژن‬‫ذخ‬‫يره‬‫سازی‬‫م‬ ‫آن‬‫ی‬‫باشد‬.‫لذا‬‫تالش‬‫ها‬‫ی‬
‫گسترده‬‫ا‬‫ی‬‫جهت‬ ‫در‬‫توسعه‬‫س‬‫يستم‬‫های‬‫ذخ‬‫يره‬‫سازی‬‫ه‬،‫يدروژن‬‫ب‬‫ه‬‫زم‬ ‫در‬ ‫خصوص‬‫ينه‬‫افزا‬‫يش‬‫ا‬‫يمنی‬‫صرفه‬ ‫و‬
‫اقتصاد‬‫ی‬‫ا‬‫ين‬‫س‬‫يستم‬‫ها‬،‫است‬ ‫گرفته‬ ‫صورت‬[1]‫ذخيره‬ ‫اساس‬ ..‫دارد‬ ‫داللت‬ ‫آن‬ ‫حجم‬ ‫کاهش‬ ‫بر‬ ‫هيدروژن‬ ‫سازی‬
‫حجم‬ ،‫پايين‬ ‫حرارت‬ ‫درجه‬ ‫و‬ ‫جو‬ ‫فشار‬ ‫در‬ ‫هيدروژن‬ ‫کيلوگرم‬ ‫يک‬3
m11‫می‬ ‫بر‬ ‫در‬ ‫را‬‫به‬ .‫گيرد‬‫ک‬ ‫منظور‬‫اهش‬
‫دانسيته‬‫سيست‬ ‫يک‬ ‫در‬ ‫هيدروژن‬‫ذخيره‬ ‫م‬‫می‬ ‫سازی‬‫به‬ ‫هيدروژن‬ ‫بايست‬‫به‬ ‫متراکم‬ ‫صورت‬‫گرفته‬ ‫کار‬‫شود‬‫درجه‬ ‫يا‬ ،
‫تا‬ ‫محيط‬ ‫حرارت‬‫کاهش‬ ‫بحرانی‬ ‫حرارت‬ ‫درجه‬ ‫زير‬‫داد‬‫و‬ ‫شود‬ ‫ه‬‫يا‬‫اينكه‬‫نيروی‬‫دافعه‬‫مولكول‬ ‫بين‬‫هيدروژن‬ ‫های‬
‫ماده‬ ‫يک‬ ‫با‬ ‫آن‬ ‫متقابل‬ ‫اثر‬ ‫توسط‬‫ديگر‬،‫داده‬ ‫کاهش‬‫و‬ ‫جذب‬ .‫شود‬‫رهايش‬‫به‬ ‫دو‬ ‫اين‬ ‫تبديل‬ ‫قابليت‬ ‫و‬ ‫هيدروژن‬
‫مهم‬ ‫معيار‬ ‫يكديگر‬ ‫به‬ ‫معكوس‬ ‫صورت‬‫ديگر‬‫ی‬‫در‬‫توسعه‬‫سيستم‬‫های‬‫ذخيره‬‫هيدروژن‬ ‫سازی‬‫است‬[4].‫دانسيته‬
‫ذخيره‬ ‫هيدروژن‬ ‫وزنی‬ ‫و‬ ‫حجمی‬‫شده‬،‫يک‬‫در‬ ‫اساسی‬ ‫فاکتوری‬‫متحرک‬ ‫کاربردهای‬‫ثابت‬ ‫و‬.‫است‬‫هيدروژن‬ ً‫ا‬‫عموم‬
‫روش‬ ‫به‬‫ذخيره‬ ،‫مخازن‬ ‫در‬ ‫سازی‬ ‫فشرده‬ ‫های‬‫ب‬ ‫سازی‬‫ه‬‫ش‬ ‫جذب‬ ،‫مايع‬ ‫صورت‬‫يميايی‬‫(ب‬ ‫فلزات‬ ‫در‬‫ه‬)‫هيدريد‬ ‫صورت‬
‫و‬‫فيزيكی‬ ‫جذب‬‫بر‬‫جاذب‬ ‫مواد‬ ‫روی‬،‫گردد‬ ‫می‬ ‫ذخيره‬[1]‫روش‬ .‫ذخيره‬ ‫های‬‫هيدرو‬ ‫سازی‬‫می‬ ‫را‬ ‫ژن‬‫توان‬‫در‬‫يک‬
‫طبقه‬‫کرد‬ ‫ارائه‬ ‫زير‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ،‫جامع‬ ‫بندی‬‫(جدول‬3-1)[4]:
1-‫ذخیره‬‫باال‬ ‫فشار‬ ‫با‬ ‫گاز‬ ‫سیلندرهای‬ ‫در‬ ‫گازی‬ ‫هیدروژن‬ ‫سازی‬
2-‫ذخیره‬‫سازی‬‫تان‬ ‫در‬ ‫مایع‬ ‫هیدروژن‬‫ک‬‫برودتی‬ ‫های‬
3-‫ذخیره‬‫هیدروژن‬ ‫جامد‬ ‫سازی‬
‫ذخیره‬‫سازی‬‫به‬ ‫هیدروژن‬ ‫جامد‬‫باال‬ ‫سطح‬ ‫مساحت‬ ‫با‬ ‫مواد‬ ‫روی‬ ‫فیزیکی‬ ‫جذب‬ ‫صورت‬
‫ذخیره‬‫سازی‬‫به‬ ‫هیدروژن‬ ‫جامد‬‫مکان‬ ‫روی‬ ‫شیمیایی‬ ‫جذب‬ ‫صورت‬‫درون‬ ‫های‬‫شبکه‬‫ای‬1
‫فلز‬ ‫یک‬‫میزبان‬
‫ذخیره‬‫سازی‬‫به‬ ‫هیدروژن‬ ‫جامد‬‫ترکیب‬ ‫روی‬ ‫هیدروژن‬ ‫شیمیایی‬ ‫جذب‬ ‫صورت‬‫کمپلکس‬ ‫ات‬
‫از‬ ‫استفاده‬‫کمپلکس‬ ‫و‬ ‫فلزات‬ ‫در‬ ‫موجود‬ ‫هیدروژن‬‫ها‬،‫در‬ ‫هیدروژن‬ ‫کردن‬ ‫آزاد‬ ‫و‬‫آن‬ ‫اکسیداسیون‬ ‫اثر‬‫آب‬ ‫با‬ ‫ها‬
‫جدول‬(3-1)‫اصلی‬ ‫روش‬ ‫شش‬‫ذخيره‬‫هيدروژن‬ ‫سازی‬‫مثال‬ ‫و‬‫آن‬ ‫های‬‫وزنی‬ ‫چگالی‬ .mρ‫حجمی‬ ‫چگالی‬ ،vρ‫کاری‬ ‫دمای‬ ،T‫و‬
‫فشار‬P.‫است‬ ‫شده‬ ‫ذکر‬RT‫بيانگر‬‫محيط‬ ‫دمای‬(25 ℃)‫می‬.‫باشد‬[4]
‫ذخیره‬ ‫روش‬‫سازی‬𝝆 𝒎
(𝒎𝒂𝒔𝒔%)𝝆 𝑽
(𝒌𝒈 𝑯 𝟐 𝒎−𝟑
)𝑻 (℃)𝑷 (𝑴𝑷𝒂)‫مثال‬‫و‬ ‫ها‬‫توضیحات‬
‫سیلندرهای‬‫فشار‬ ‫گازی‬‫باال‬1341>RT81( ‫فشرده‬ ‫گاز‬2H‫سبک‬ ‫کامپوزيتی‬ ‫سيلندرهای‬ ‫در‬ )‫مولكولی‬
‫مواد‬ ‫کششی‬ ‫(استحكام‬MPa211)‫است‬
‫هیدروژن‬‫برودتی‬ ‫مخازن‬ ‫در‬ ‫مایع‬‫واب‬‫اندازه‬ ‫به‬ ‫سته‬8/71252-1/1‫مايع‬ ‫هيدروژن‬(2H‫در‬ ‫درصد‬ ‫چند‬ ‫پيوسته‬ ‫تلفات‬ ،)‫مولكولی‬
‫در‬ ‫هيدروژن‬ ‫روز‬ ‫هر‬RT
‫جذب‬ ‫هیدروژن‬‫شده‬2≈2181-11( ‫فيزيكی‬ ‫جذب‬2H‫با‬ ‫کربن‬ ‫مثل‬ ،‫مواد‬ ‫روی‬ ‫بر‬ )‫مولكولی‬
‫ويژه‬ ‫سطح‬‫برگشت‬ ً‫ال‬‫کام‬ ،‫بزرگ‬ ‫بسيار‬‫پذير‬
‫مكان‬ ‫برروی‬ ‫جذب‬‫های‬
‫درون‬‫شبكه‬‫فلز‬ ‫ای‬‫میزبان‬
2≈151RT1/1( ‫هيدروژن‬H‫بين‬ )‫اتمی‬‫اليه‬‫ای‬2
‫هيدريدهای‬ ،‫ميزبان‬ ‫فلز‬ ‫در‬
‫به‬ ‫فلزی‬‫در‬ ‫شده‬ ‫گرفته‬ ‫کار‬RT‫برگشت‬ ً‫ال‬‫کام‬‫هستند‬ ‫پذير‬
‫کمپلكس‬ ‫ترکیبات‬18>151111<1/1( ‫کمپلكس‬ ‫ترکيبات‬-
]4[AlH‫يا‬-
]4[BH‫واجذب‬ ،)‫در‬ ‫شده‬
‫افزايش‬ ‫دماهای‬‫جذب‬ ،‫يافته‬‫باال‬ ‫فشارهای‬ ‫در‬ ‫شده‬
‫آب‬ ‫با‬ ‫ترکیبات‬ ‫و‬ ‫فلزات‬ ‫واکنش‬41>151<RT1/1،‫هيدروژن‬ ‫آزادسازی‬ ‫و‬ ‫آب‬ ‫با‬ ‫فلزات‬ ‫شيميايی‬ ‫اکسايش‬
‫برگشت‬ ً‫ا‬‫مستقيم‬‫نيست‬ ‫پذير‬
1 Interstitial sites
2 intercalation

کاربرد ساختارهای نانومتری در ذخیره‌سازی جامد هیدروژن

کاربرد ساختارهای نانومتری در ذخیره‌سازی جامد هیدروژن

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (12)

کاربرد ساختارهای نانومتری در ذخیره‌سازی جامد هیدروژن