در فصل اول این پایان¬نامه، معرفی باتری¬های روی-هوا، الکتروکاتالیست¬های آن¬ها و چالش¬های مربوط به این باتری ارائه خواهد شد و هم چنین پژوهش¬های انجام شده توسط دیگر محققان بررسی می¬شود. هدف از این پایان نامه یک بررسی مقایسه¬ای بین عملکرد الکتروشیمیایی کاتالیست¬های Fe-Co/Kb و 30 درصد وزنی Pt/C در حضور ناخالصی¬های روی اکسید و کربنات است. در فصل دوم وسایل، مواد آزمایشگاهی و روش انجام آزمون ها ارائه شده است.

در فصل سوم، در ابتدا ریز ساختار سطحی کاتالیست¬ها توسط تکنیک میکروسکوپ روبشی خطی مورد مطالعه قرار گرفت و این نتیجه حاصل شد که Fe-Co/Kb دارای ذرات با اندازه¬های بسیار ریز تا درشت است و دارای سطح و تخلخل بیشتری است. سطح ویژه¬ی کاتالیست¬ها اندازه گیری شد و سطح ویژه¬ی Fe-Co/Kb به دلیل استفاده از ketjen black حدود 5 برابر بیشتر از Pt/C است. در بخش بعدی فعالیت الکتروشیمیایی کاتالیست¬ها در یک سیستم سه الکترودی مطالعه شد. برای بررسی تاثیر ناخالصی¬های روی اکسید و کربنات، مقادیر مختلف این ناخالصی¬ها به الکترولیت پتاسیم هیدروکسید اضافه شد. با استفاده از ولتامتری چرخه¬ای و ولتامتری روبش خطی مشاهده شد که برای Fe-Co/Kb پتانسیل پیل از 15/0- ولت نسبت به Ag/AgCl به حدود 05/0- ولت و برای کاتالیست پلاتین از 3/0- ولت به 2/0- ولت تغییر داشته است. یعنی ناخالصی¬ها تا حدی سینتیک کاهش اکسیژن را بهبود داده¬اند که می¬تواند به دلیل جذب بهتر اکسیژن باشد. کرونوآمپرومتری در الکترولیت¬های ذکر شده به منظور بررسی نرخ نگداری جریان کاهشی توسط کاتالیست¬¬ها انجام شد و مشاهده شد برای کاتالیست فلز غیر نجیب در پتانسیل 12/0- ولت نرخ نگداری جریان کاهشی در الکترولیت بدون ناخالصی¬های روی-اکسید و کربنات 2 برابر الکترولیت حاوی ناخالصی¬ها است و در مورد کاتالیست پلاتین در الکترولیت حاوی کربنات نرخ نگداری جریان کاهشی، بیشتر از الکترولیت ها¬ی بدون ناخالصی و حاوی ناخالصی روی¬اکسید و 180 ثانیه بود. امپدانس الکتروشیمیایی به منظور بررسی مقاومت تماسی و مقاومت انتقال بار در سطح کاتالیست¬ها در پتانسیل¬های کاهشی انجام شد و براساس نمودار¬های نایکسیت برای Fe-Co/Kb، Rohm با افزودن روی اکسید و کربنات از 44/49 به ترتیب به 04/44 و 56/41 اهم کاهش یافت؛ در این مورد ناخالصی ها باعث کاهش مقاومت پیل شد و در مورد پلاتین با افزودن روی اکسید و کربنات از 42/25 به 52/43 و 74/16 اهم تغییر داشت، ناخالصی کربنات باعث کاهش مقاومت شد.

در بخش سوم به منظور بررسی عملکرد کاتالیست¬ها در باتری روی-هوا ، دو باتری روی هوا بر پایه ی کاتالیست¬های Fe-Co/Kb و 30 درصد وزنی Pt/C ، به عنوان کاتالیست کاتدی ساخته¬شد. آزمون¬های تخلیه¬ی باتری در چگالی جریان¬های مختلف انجام شد. براساس نتایج حاصل باتری¬ها عملکرد نزدیک به هم داشتند. در پتانسیل 1 ولت، چگالی توان mW/cm2240 و چگالی جریان mA/cm2300 برای کاتالیست Fe-Co/Kb و برای کاتالیست پلاتین چگالی توان mW/cm2250 و چگالی جریان mA/cm2320 مشاهده¬شد. آزمون تخلیه باتری در چگالی جریان mA/cm220 انجام شد و باتری بر پایه ی کاتالیست Fe-Co/Kb به مدت 1 ساعت و 15 دقیقه و باتری مبتنی بر کاتالیست پلاتین به مدت 1 ساعت و 40 دقیقه افت پتانسیل را نشان دادند. براساس آزمون امپدانس، Rohm، Rct1 و Rct2 برای Fe-Co/Kb برابر با 55/0 و 267/0 و 68/2 اهم و برای پلاتین برابر با 455/0 و 103/0 و 456/0 اهم به¬دست¬آمد. بر این اساس عملکرد باتری مبتنی بر کاتالیست فلز غیر نجیب قابل مقایسه با باتری مبتنی بر کاتالیست پلاتین ارزیابی شد.

کلمات کلیدی: الکتروکاتالیست، باتری روی-هوا، روی اکسید، کربن دی اکسید، واکنش کاهش اکسیژن.