Geri Dön

Development and characterization of composite proton exchange membranes for fuel cell applications

Yakıt pili uygulamaları için kompozit proton değişim membranları geliştirilmesi ve karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 177437
  2. Yazar: R. GÜLTEKİN AKAY
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NURCAN BAÇ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2008
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 214

Özet

Bugün endüstri standardı olan florlu membranların (PFSA) yükseksıcaklıkta (>80 C) verim düsüklügü, yüksek maliyet gibi bilinenlimitasyonlarından dolayı, alternatif proton degisim membranlı (PEM) yakıtpili membranları üzerine tüm dünyada yogun bir çalısma yürütülmektedir.Bu çalısmanın amacı PFSA membranlara alternatif, onların özelliklerineyakın daha düsük maliyetli malzemeleri gelistirmek ve karakterize etmektir.Aromatik mühendislik termoplastiklerinden polyether-ether ketone (PEEK)ve polyether-ethersulfone (PES) temel yapı olarak seçilerek optimumözellikler için post-sülfonasyon çalısmaları yapılmıstır. Sülfonlanmıspolimerler sülfonlama derecelerinin (SD) tayini için H-NMR, sulfurelementel analizi ve titrasyon gibi yöntemlerle, termal dayanım ve camgeçis sıcaklıgı (Tg) tespiti için TGA ve DSC ile karakterize edilmistir. Protoniletkenlikleri electrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) yöntemiyleincelendiginde sülfonlanmıs PEEK (SPEEK) membranların iletkenligininSD ile lineer olarak arttıgı görülmüstür. Fakat, belirli bir SD üstündeSPEEK'in asırı sisme sonucu mekanik dayanımının kayboldugu da tespitedilmistir. Bu yüzden SD % 50-70 arasında optimize edilmis daha sonrahazırlanan karısım ve kompozit membranlar için bu aralık kullanılmıstır.Mekanik dayanımı artırmak için daha uyumlu ve dayanıklı polyethersulfone(PES) veya düsük sülfonlanmıs PES (SPES) veyapolybenzimidazole (PBI) gibi hidrofobik ve bazik polimerlerle karısımlarhazırlanmıs proton iletkenlik düsüsünü karsılamak ve artırmak için zeolitbeta, TiO2, MMT, heteropoliasitler gibi inorganik doldurucularla kompozitmalzeme hazırlanması yaklasımı da kullanılmıstır. Kompozit membranlariçinde 20% TPA/SPEEK (DS=68) proton iletkenligi oda sıcaklıgında Nafioniletkenliginden yüksek sonuç vermistir. Membranların hazırlanmasürecindeki inorganik katkı çesidi/yüklemesi, sülfonlanmıs polimerin SD`si,döküm için kullanılan çözücü, ve termal/kimyasal muamele gibiparametrelerin performans üzerine etkisi incelenmistir. Gelistirilenkimyasal ve termohidrolitik olarak dayanıklı kompozit/karısımmembranlardan 25% tungstophosphoric asit (TPA)/PBI(5%)/SPEEK(DS=68), 80 0C`de yüksek tek hücre yakıt pili performansı vermistir.SPEEK (DS=59)/5% PBI/ 10% TiO2 kompozit/karısım membran ise 80 0Cden 90 0C`ye çıkıldıgında daha yüksek performans vermistir. Nafion`unperformansı 80 0C`den sonra belirgin biçimde düstügünden bu sonuçönemlidir. Proton iletkenligin metanol geçirgenlige oranı olarak tanımlananseçicilik parametresi (9.3x107) 10% TiO2/10% PES/SPEEK (DS=68) gibibazı kompozit/karısımlarda Nafion`dan (S=7.3x107) yüksek çıkmıstır.

Özet (Çeviri)

Intensive research on development of alternative low cost, hightemperature membranes for PEM fuel cells is going on because of thewell-known limitations of industry standard perfluorinated sulfonic acid(PFSA) membranes such as the decrease in performance at hightemperatures (>80 0C) and high cost. The objective of this study is todevelop alternative membranes that possess comparable properties withPFSA membranes at a lower cost. Aromatic engineering thermoplasticspolyether-ether ketone (PEEK) and polyether-ethersulfone (PES) weresulfonated and characterized with H-NMR, sulfur elemental analysis andtitration to calculate the degree of sulfonation (DS) values and with TGAand DSC for thermal stability and glass transition temperature (Tg). Protonconductivities measured by electrochemical impedance spectroscopy(EIS) of sulfonated PEEK (SPEEK) were observed to increase linearly withdegree of sulfonation (DS). Since, above a certain DS, SPEEK loses itsmechanical stability with excessive swelling, DS of 50-70% were used forthe fabrication of composite membranes. To improve mechanical stability,SPEEK polymers were blended with more stable polymers, polyethersulfone(PES) or in its sulfonated form (SPES) or with polybenzimidazole(PBI) and composites prepared with inorganic fillers such as zeolite beta,TiO2, MMT, heteropolyacids incorporated into the structure for furtherimprovement of proton conductivity were characterized. Chemically andthermo-hydrolytically stable composite/blend membranes such as25%TPA/SPEEK( DS=70)/PBI with single cell performances close toNafion 112 were developed. The performance of the hydrolytically stablecomposite/blend membrane prepared with SPEEK (DS=59); 5% PBI; and10% TiO2 increased appreciably when the temperature was raised from 800C to 90 0C while the performance of Nafion decreases sharply after 80 0C.Effects of various parameters during the fabrication process such as thefiller type and loading, DS of sulfonated polymer, casting solvents, andthermal and chemical treatment were investigated. Selectivities(conductivity/methanol permeability) greater than Nafion 112 for DMFCwere observed for composite/blend membranes.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    430065

    Proton conductive polymer/metal organic framework composi̇te membranes

    Proton iletken polimer/metal organik kafes yapılar içeren kompozit membranlar

    MUSTAFA ERKARTAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    EnerjiAbdullah Gül Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÜNAL ŞEN

  2. Tez No

    744642

    Proton değişim membranlı yakıt hücreleri için grafen oksit katkılı kompozit elektrolitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and characterization of graphene oxide doped composite electrolytes for proton exchange membrane fuel cells

    ESRA ÇOBAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Kimya MühendisliğiYalova Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MESUT YILMAZOĞLU

  3. Tez No

    382766

    The production of polymer/nanocomposite proton conducting membranes for polymer electrolyte membrane fuel cell (pemfc) applications

    Proton iletken membran yakıt hücreleri uygulamarı için proton iletken polimer/nanokompozit membranların üretilmesi

    AYŞE ASLAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    KimyaFatih Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AYHAN BOZKURT

  4. Tez No

    439434

    PEM tipi yakıt hücrelerinde nanokompozit membran geliştirme.

    Development of nanocomposite membrane for PEM fuel cells

    EDA GÜMÜŞDERELİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    EnerjiGebze Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ ATA

  5. Tez No

    357278

    İnorganik/organik hibrit proton değişim membranlarının doğrudan metanol yakıt hücreleri (DMYH) için geliştirilmesi

    Development of inorganic/organic hybride proton exchange membranes for direct methanol fuel cells (DMFC)

    MERT GÜLCAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ

Geri Dön