Polistiren ana omurgasında alkali elektrolizörler için anyon değişim membran geliştirilmesi
Development of an anion exchange membrane for alkaline electrolyzers based on a polystyrene backbone
- Tez No: 1023017
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLFEZA KARDAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Çukurova Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Anyon değişim membranlar (AEM'ler), yalnızca anyon geçişine izin vererek elektroliz, yakıt hücresi gibi elektrokimyasal sistemlerde ayırıcı olarak görev yapmaktadır. Bu membranların, hidroksit (OH⁻) iyonu taşınımını gerektiren uygulamalarda, yüksek iyonik iletkenlik, yüksek alkali kararlılık ve termal kararlılık gibi özellikleri sağlaması gerekmektedir. Bu çalışmada alkalin elektrolizör uygulamaları için polistiren bazlı yeni anyon değişim membranları sentezlenmiştir.Bu kapsamda, radikalik polimerleşme metoduyla polistiren sentezlenmiş, ardından PS halkası klorometillenerek fonsiyonelleştirilmiş, trimetilamin (TMA) grubu eklenerek kuaternizasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Biyobozunur bir polimer olan poli(bütilen süksinat) (PBS) ile poli(metil metakrilat) (PMMA), polistiren (PS) ile blend edilerek kompozit membranlar sentezlenmiştir. Hazırlanan membranların yapısal, termal ve elektrokimyasal karakterizasyonları yapılmıştır. TGA ve DSC sonuçları membranların AEM elektrolizör çalışma sıcaklıklarında (50-70 oC) yeterli termal kararlılığa sahip olduğunu ortaya koymuştur. Elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) ölçümleri 1 M KOH çözeltisi ve Pt elektrotlar ile farklı sıcaklıklarda gerçekleştirilmiş, sonuçlar sentezlenen membranların çözelti direncinin sıcaklık artışıyla azaldığını ve bunun da iyonik iletkenliği arttığını ortaya koymuştur. PMMA-b-PS (PMMA-blend-PS) membran 82 mS cm⁻¹ değerinde, PBS-b-PS (PBS-blend-PS) membran ise 57 mS cm⁻¹ değerinde yüksek iyonik iletkenlik göstermiştir. Tek hücreli elektrolizör testleri için 1 M KOH elektrolit çözeltisi, anot ve katot elektrot olarak 2 cm×2 cm boyutlarında nikel kaplı paslanmaz çelik elektrotlar ve 100 µm kalınlığında hazırlanan membranlar kullanılmıştır. 20 °C sıcaklıkta 1 saat boyunca gerçekleştirilen elektrolizör testlerinde PMMA-b-PS membranın hidrojen gazı üretimi 30,8 mL, PBS-b-PS membranın ise 13,3 mL ölçülmüştür. Farklı polimer birleşimlerinin membran performansı üzerindeki etkileri ticari membran Fumasep-FAAM-20 ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Anion-exchange membranes (AEMs) function as separators in electrochemical systems such as electrolysis and fuel cells by allowing only the passage of anions. In applications requiring hydroxide (OH⁻) ion transport, these membranes must exhibit properties such as high ionic conductivity, high alkali stability, and thermal stability. In this study, new polystyrene-based anion exchange membranes were synthesized for alkaline electrolyzer applications. In this context, polystyrene was synthesized via a radical polymerization method; subsequently, the PS ring was functionalized by chloromethylation, and a quaternization process was carried out by introducing a trimethylamine (TMA) group. Composite membranes were synthesized by blending poly(butylene succinate) (PBS)—a biodegradable polymer—and poly(methyl methacrylate) (PMMA) with polystyrene (PS). The prepared membranes were characterized structurally, thermally, and electrochemically. TGA and DSC results demonstrated that the membranes possess sufficient thermal stability at AEM electrolyzer operating temperatures (50–70 °C). Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements were performed at different temperatures using a 1 M KOH solution and Pt electrodes; the results showed that the solution resistance of the synthesized membranes decreased with increasing temperature, which in turn increased the ionic conductivity. The PMMA-b-PS (PMMA-blend-PS) membrane exhibited a high ionic conductivity of 82 mS cm⁻¹, while the PBS-b-PS (PBS-blend-PS) membrane exhibited a value of 57 mS cm⁻¹. For single-cell electrolyzer tests, a 1 M KOH electrolyte solution, 2 cm × 2 cm nickel-coated stainless steel electrodes as anodes and cathodes, and membranes prepared with a thickness of 100 µm were used. In electrolyzer tests conducted for 1 hour at 20 °C, hydrogen gas production was measured at 30.8 mL for the PMMA-b-PS membrane and 13.3 mL for the PBS-b-PS membrane. The effects of different polymer blends on membrane performance were evaluated in comparison with the commercial membrane Fumasep-FAAM-20.
Benzer Tezler
- Synthesis, characterization and applications of fluorine containing maleimide polymers
Flor içeren maleimid polimerlerinin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
İPEK KAYALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUBA ÇAKIR ÇANAK
- Yeni tip kovalent modifikasyon stratejileri ile ticari polimerlerin fonksiyonlandırılması
Functionalization of commercial polymers via novel covalent modification strategies
RABİA KOLAT
Doktora
Türkçe
2025
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
- Polymer grafting onto polyurethane backbone via Diels-Alder reaction
Diels-Alder klik tepkimeleri ile poliüretane graft kopolimerlerinin sentezi
SOYKAN AĞAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜMİT TUNCA
- Dissipative particle dynamics modeling of molecular brushes with responsive core-shell copolymer side chains
Tepkisel çekirdek-kabuk kopolimer yan zincirlerine sahip moleküler fırçaların dağıtıcı parçacık dinamiği modellemesi
AGNė KILNAITĖ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
BiyomühendislikÜsküdar ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ATAKAN MERAN
- Design and synthesis of phosphonium and phosphonate functionalized polymer electrolytes via romp for lithium-ion batteries
Lityum-iyon pıller için romp esaslalı fosfonyum ve fosfonat fonksiyonlu polimer elektrolitlerin tasarımı ve sentezi
MUHAMMAD SYUKRI BIN MOHAMAD MISENAN