Geri Dön

Developing alternative polymeric membranes for fuel cells

Yakıt pilleri için alternatif polimerik membranlar

PDF İndir

  1. Tez No: 472608
  2. Yazar: ESRA YILMAZ
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ERDE CAN, PROF. DR. NURCAN BAÇ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Energy, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Yakıt pilleri, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren elektrokimyasal cihazlardır. Dizel veya benzinli motorlara göre daha yüksek verime sahip olduklarından dolayı ilgi çeken alternatif güç kaynaklarındandır, sessiz çalışabilirler ve fosil yakıtların yanması sonucu oluşan kirliliği azaltabilirler. Yakıt olarak hidrojen kullanan polimer elektrolit yakıt pillerinin ve yakıt olarak metanol kullanan doğrudan metanol yakıt pillerinin (DMFC'lerin) en önemli birleşenlerinden biri, polimer elektrolit membranlar (PEM'ler) dır. Polimer elektrolit membran, proton iletkenliği sağlar ve yakıt ile oksijen arasında oluşabilecek doğrudan teması engellemek amacıyla bariyer görevi görür. Yüksek proton iletkenliği, düşük su veya yakıt geçirgenliği, termal ve mekanik dayanıklılık ve de düşük maliyet, yakıt pilli membranları için arzu edilen özelliklerdir. Doğrudan metanol yakıtlı yakıt pillerinde, proton iletkenliği sağlayan membranların yakıt geçişini en aza indirgemek üzere düşük metanol geçirgenliği göstermeleri gerekir. Bu çalışmada, sulfone edilmiş poli(aril eter sulfon) ve çapraz bağlanmış türevleri polimer elektrolit membran olarak hazırlanmış ve doğrudan metanol yakıtlı yakıt pillerinde kullanılmak üzere karakterize edilmiştir. Kısmen sulfone edilmiş poli(aril eter sulfon) (PESS); hidrokinon 2- potasyum sulfonat, bisfenol A ve 4-Florofenil sulfon, monomerlerinin çözelti polikondenzasyonu ile hazırlanmıştır. Sentezlenen polimerler gisidil metakrilatla reaksiyona sokularak metakrile edilmiş (PESSGMA) ve sonrasında mekanik özelliklerini geliştirmek ve metanol geçirgenliğini azaltmak üzere homopolimerizasyon ile veya stiren (STY) ve vinil fosfonik asit (VPA) gibi komonomerlerle radikal ko-polimerizasyona sokularak çapraz bağlı türevleri hazırlanmıştır. Çapraz bağlanmış olan PESSGMA ve kopolimerleri, hem PESSGMA pre-polimer sentezi hem de kür döngülerindeki optimizasyon çalışmaları sonucunda çözelti dökme yöntemi ile hazırlanmıştır. PESS polimerinin çapraz bağlanması, membranların modül ve camsı geçiş sıcaklığını arttırırken; iyon değiştirme kapasitesini, proton iletkenliğini, suda şişme ve metanol geçirgenliğini belirgin bir şekilde düşürmüştür. Ancak, VPA ko-monomerinin PESSGMA ağına dahil edilmesi, proton iletkenliğini arttırırken, hem PESS hem de ticari Nafyon membranlarına kıyasla mühim oranda yüksek olan mükemmel metanol geçişi direncinin korunmasına neden olmuştur.

Özet (Çeviri)

Fuel cells are electrochemical devices that convert chemical energy to electrical energy. They are attractive alternative power sources because they have a higher efficiency than diesel or gas engines, they can operate silently and they can eliminate pollution caused by burning fossil fuels. One of the most important components of polymer electrolyte fuel cells and of direct methanol fuel cells (DMFCs) that use hydrogen and methanol as a fuel respectively are the polymer electrolyte membranes (PEMs). The PEM provides proton conduction and functions as a barrier to avoid direct contact between fuel and oxygen. High proton conductivity, low water or fuel permeability, thermal and mechanical stability as well as a low cost are desirable properties for fuel cell membranes. For DMFCs, the proton-conducting membranes must also exhibit low methanol permeability to minimize fuel crossover. In this study, polymer electrolyte mebranes based on sulfonated poly(aryl ether sulfone)s and their cross-linked derivatives were prepared and characterized for DMFC applications. The partially sulfonated poly(aryl ether sulfone)s (PESS) were prepared via polycondensation of hydroquinone 2- potassium sulfonate, bisphenol A and 4- fluorophenyl sulfone. The resulting polymers were then methacrylated with glycidyl methacrylate (PESSGMA) and then cross-linked and copolymerized with comonomers, vinyl phosphonic acid (VPA) and styrene (STY) via radical polymerization to improve mechanical properties and decrease methanol permeability. Cross-linked membranes of PESSGMA and its copolymers were prepared via solution casting method through optimization steps both in the synthesis of the PESSGMA pre-polymer and curing cycles. The crosslinking of the PESS polymer significiantly reduced ion exchange capacity, proton conductivity, swelling in water and methanol permeability of the membranes while increasing the modulus and the glass transition temperature. However the introduction of the VPA co-monomer to the PESSGMA network increased the proton conductivity while maintaining excellent resistance to methanol cross-over which was significantly higher as compared to both PESS and the commercial Nafion membranes.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    810445

    Sülfolanmış polisülfon nanokompozit membranlar hazırlanması ve karakterizasyonu

    Preparation and characterization of nanocomposite sulfonated polysulfon membranes

    BÜŞRA KÖROĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN

  2. Tez No

    735023

    Destek hazırlama yöntemlerinin paladyum esaslı (Pd) yoğun metalik membran performansına etkileri

    The effects of support preparation methods on the performance of dense palladium based (Pd) metallic membrane

    BERNA TOPRAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ GAMZE GÜMÜŞLÜ GÜR

  3. Tez No

    1003290

    Proton değişim membranlı yakıt hücreleri için TİO2 ve Co3O4 nanopartikül katkılı polimer nanokompozit membranların geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and characterization of polymer nanocomposite membranes doped with TİO2 and Co3O4 nanoparticles for proton exchange membrane fuel cells

    TURAN ALP ARSLAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    EnerjiAfyon Kocatepe Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN BAYRAKÇEKEN

  4. Tez No

    599432

    Development of sPEEK/ TiSi04 and sPEEK/ sulfonatedTiSi04 nanocomposite membranes for applications in Direct Methanol Fuel Cells

    Doğru metanol yakıt hücrelerinde uygulamalar için sPEEK/ TiSi04 ve sPEEK/sülfonlamış tisio4 nanokomposit membranların geliştirilmesi

    TANYA FADZAI CHIKUMBA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Kimya MühendisliğiAnadolu Üniversitesi

    İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SÜLEYMAN KAYTAKOĞLU

  5. Tez No

    488371

    Proton exchange membranes prepared by radiation grafting of N-vinyl imidazole/4-vinyl pyridine onto poly (ethylene-co-tetrafluoroethylene) for high-temperature PEM fuel cells

    Yüksek sıcaklıkta çalışan PEM yakıt pilleri icin proton değşim membranlarının N-vinil ımidazol/4-vinil piridin monomerlerinin poli (etilen-co-tetrafluroetilen) üzerine radvasyonla aşılanması ile üretimi

    NAEIMEH RAJABALIZADEH MOJARRAD

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Mühendislik BilimleriSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL

Geri Dön