Geri Dön

Yakıt pillerinde kullanım amaçlı asit fonksiyonlu polimer/bor nitrür kompozit membranların sentezi ve karakterizasyonu

Synthesis and characterization of boron nitride based anhydrous proton conductive polymer membranes

PDF İndir

  1. Tez No: 392425
  2. Yazar: MEHMET ŞİRİN TUTGUN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AYHAN BOZKURT
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Hegzagonal bor nitrür, poli (vinil fosfonik asit), poli(vinil alkol) ve poli ( 2-akrilamid-2 metil-1- propan sülfonik asit), proton iletkenlik, Hexagonal boron nitride, poly (vinyl phosphonic acid), poly(vinyl alcohol), Poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulphonic acid), proton conductivity
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Fatih Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 70

Özet

Son yıllarda polimer elektrolit membran yakıt hücrelerine (PEMYH) olan ilgi giderek artmaktadır. Yakıt pilleri kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren alternatif enerji kaynaklarındandır. (PEMYH) yüksek teknoloji ve otomotiv endüstrisinde kullanılabilirliği son zamanlarda yapılan araştırmalar bu yönde ilerlemiştir. Yakıt hücresindeki katalitik elektrotlar arasına yerleştirilen polimer membranlar, anotta sağlanan hidrojen gazının oksitlenmesi sonucunda oluşan protonları katoda geçirirler. Katotta protonlar, bu elektroda sağlanan oksijen ile birleşerek su ve enerji üretirler.Polimer elektrolit membran yakıt hücrelerinin en önemli parçası polimer membranlardır. Günümüzde ticari olarak perflorosülfonik asit esaslı membranlar (nafyon) kullanılmaktadır. Fakat bu tür membranların pahalı olması ve proton iletkenliğinin nem oranına bağlı olması gibi birçok dezavantajlarından dolayı araştırmaların nemsiz proton iletken membranlar üzerine yoğunlaşmasına yol açmıştır. Son yıllarda, hegzagonal bor nitrür (hBN) termal iletkenlik, ısı dağıtma özelliği, kimyasal kararlılık elektrik ve elektronik bileşenlerin alanında dikkat çekmektedir. Bor nitrür yoğunluğunun düşük olması, yalıtkan katkı malzemeleri arasında ısı iletimi en yüksek malzeme olması, biyouyumlu olması gibi pek çok üstün özelliğinden dolayı biyomedikalden elektronik sektörüne kadar pek çok uygulamada polimer dolgusu olarak kullanılabilmektedir. Literatürde hegzagonal bor nitrür ile yapılan çalışmalar daha çok hBN için termal kararlılık ve elektriksel iletkenlik üzerine yapıldığı için, literatürde özellikle nemsiz proton iletken membran çalışmalarına hiç değinilmemiştir. Bundan dolayı, bu tez çalışması özellikle nemsiz ortamda çalışabilen proton iletken membranların elde edilmesi bakımından literatüre iyi bir katkı olabilir. Bu tez çalışmasında, yüksek saflıktaki hBN'nin yakıt pili uygulamalarında kullanımı olan poli(vinil fosfonik asit) (PVPA), poli(vinil alkol) (PVA) ve poli (2-akrilamido-2-metil-1-propan sülfonik asit) (PAMPS) gibi polimerler ile farklı oranlarda karıştırılarak çeşitli kompozit membranlar hazırlandı. Elde edilen malzemelerin yüzey morfolojisi, termal, kimyasal, mekanik özellikleri incelendi. Membranlar yaklaşık 200 °C ve üzerinde ısısal kararlılık göstermişlerdir. DSC ve SEM sonuçlarına göre membranların homojen oldukları görülmüştür. Proton iletkenlik ve iyon iletkenlik özelliklerindeki değişim empedans analizör ile belirlenmiştir. Proton iletkenlik çalışmasında, PVPA-15hBN, PVA-SSA-15hBN ve PAMPS-NMPA-3hBN membranları için en yüksek proton iletkenlik değerleri 150 °C'de sırasıyla 0,0052 S/cm, 0.0284S/cm ve 0,00053 S/cm ölçüldü.

Özet (Çeviri)

Quite recently, polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) have attracted much attention as alternative energy sources for various applications such as transportation vehicles and portable electronic devices. Fuel cell is one of the alternative energy sources which converts chemical energy into electrical energy. (PEMFCs) have recently progressed due to the application of high-tech and automotive industries. Polymer membranes are planed between catalytic electrodes where protons resulting from the oxidation of hydrogen gas supplied at the anode to the cathode. These protons in the cathode combine with the oxygen produce water and energy. The proton exchange membrane (PEM) is the best component in PEMFCs. Nowadays, the representative proton conducting polymer electrolyte membranes have been perfluorosulfonic acid (PFSA) polymers, such as Nafion from Du Pont, which have excellent electrochemical, mechanical and thermal properties and provide high proton conductivity in the fully hydrated state. However, their high cost is an obstacle to the development of high performance fuel cells. Furthermore, the performance of Nafion decreases dramatically at high temperature due to drying, which limits its use in PEMFC applications. Therefore, there is an enormous need for polymer electrolyte membranes having low cost and showing high performance under anhydrous conditions at high temperatures. Recently, hexagonal boron nitride (hBN) has attracted a great deal of attention from the scientific community as a result of its distint physical and chemical properties which includes high thermal conductivity, high temperature stability, high corrosion resistance, good lubrication property, good resistance to oxidation and chemical inertness. It can be used in many applications which includes coatings and electrical insulation, optical storage, optoelectronic devices, medical treatment and lubricant. Membrane applications (especially anhydrous PEMs) of hBN have not been the subject of any study yet. Therefore, it may be a good contribution to PEM systems especially in the absence of humidity. In the present study, several composite membranes were prepared by blending of hexagonal boron nitride (hBN) with poly(vinyl phosphonic acid) (PVPA), poly(vinyl alcohol) (PVA) and poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulphonic acid) (PAMPS), respectively, sonication is preferred to provide a better blending. The obtained membranes were characterized with Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR). Thermal properties of the materials were studied by differential scanning calorimetry (DSC) and thermo gravimetric analysis (TGA) tests. TGA results illustrated that all composite membranes are thermally stable up to 200 ºC. The surface topography of the membranes was determined by Scanning Electron Microscopy (SEM). The crystallinity of the membranes was characterized by X-ray diffraction (XRD). At anhydrous conditions, the maximum proton conductivities were measured as 0.0052 S/cm, 0.0284 S/cm ve 0.00053 S/cm at 150 oC for PVPA-15hBN, PVA-SSA-15hBN and PAMPS-NMPA-15hBN, respectively, via impedance analyzer.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    300315

    Polimer elektrolit membran yakıt hücrelerinde (PEMFC) kullanım amaçlı proton iletken triazol fonksiyonlu poli(vinilbenzilklorür) kompozit membranların üretilmesi

    Synthesis of proton conducting triazole functional poly(vinylbenzylchloride) composite membranes for polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC)

    ÖZGÜN ŞAFAK GÜNAYDIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2011

    EnerjiGebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ÜNAL ŞEN

  2. Tez No

    215973

    Characterization of PVC based heterogeneous cation exchange membranes prepared with ionic liquids

    İyonik sıvılarla PVC temelli heterojen katyon değiştirici membran hazırlanması ve tanımlanması

    SANEM ÇINARLI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Kimya MühendisliğiEge Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. MUSTAFA DEMİRCİOĞLU

  3. Tez No

    664884

    Fabrication of multi-component superparamagnetic nanoparticles and magnetic heating performance for hyperthermia cancer therapy

    Hipertermi kanser terapisi için çok bileşenli süperparamanyetik nanopartiküllerin üretimi ve manyetik ısınma performansı

    AYŞESİMAY ÇETİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ KILIÇ

  4. Tez No

    518154

    Synthesis and characterizaton of hydrocarbon based nanocomposite membrane for pem fuel cells

    Pem yakıt pillerinde kullanmak üzere hidrokarbon bazlı nanokompozit membran sentezi ve karakterizasyonu

    MORAD ABDULWHEED RADHA RADHA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Kimya MühendisliğiSelçuk Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EROL PEHLİVAN

    PROF. DR. İRFAN AR

  5. Tez No

    39254

    Determination of the reaction mechanism of electrocatalytic oxidation of ethylene-glycol on Pd-based electrodes

    Etilen-glikol'ün elektrokatalitik oksidasyon mekanizmasının Pd-bazlı elektrodlar üzerinde belirlenmesi

    NECLA DALBAY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    1993

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. FİGEN KADIRGAN

Geri Dön