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
- Tez No: 488371
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 67
Özet
Çevre kirliliğine yol açan ve sınırlı sayıda bulununan fosil yakıtlarından dolayı elektrik enerjisi üretmek için farklı alternatiflere yönelim önem arz etmektedir. Bu bakımdan, yakıt pilleri en elverişli enerji kaynağı olarak görülmektedir. Fakat yüksek performansa ve uzun ömre sahip düşük maliyetli yakıt pili malzemelerinin üretimi bu enerji kaynakları için sorun teşkil etmektedir. Yakıt pilinin önemli kısmı olan membran için geliştirme çalışmaları araştırmaya açık ve önemli bir konudur. Bu bağlamda yüksek miktarda üretim için kolay bir metot olan radyasyona bağlı aşılama metodu çok fazla dikkat çekmektedir. Bu metodun kolaylığının yanısıra, bu metotta baz polimerin ve monomerlerin değişik kombinasyonları PEM yakıt pili için istenilen özellikteki membran elde etmeyi sağlamaktadır ve bu durum PEM yakıt pilinin değişik alanlarda kullanımına imkan tanımaktadır. Bu yakıt pillerinin bir örneği de yüksek sıcaklıkla çalışan PEM yakıt pilleridir. Bu çalışmada ise, 1-vinilmidazol (1-Vlm) ve 4-vinilpiridin (4VP) monomerleri baz polimeri olarak kullanılan ɣ ile ışımınlanmış poli (etilen-co-tetrafloroetilen) filmleri üzerine aşılanmıştır. Aşılama reaksiyonu 60°C'de ve 24 saat sürmüştür ve sonrasında bu radyasyon ile aşılanmış kopolimere fosforik asit katılmıştır. Bu sayede üretilen membranlar yüksek sıcaklığa hazır hale gelmiştir. Bu çalışmada, demir esaslı tuzların reakiyon başlatıcı olarak etkisi, aşılama sırasında değişik solventlerin kullanımı ve monomer oranının değişiminin aşılama parametreleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sentezlenen membranların özellikleri, çeşitli sıcaklık ve nem değerlerinde iyonik iletkenlik ölçümleri, termal gravimetri analizi, ve mekanik testler ile detaylı olaraak incelenmiştir. Sentezlenen membranlardan iletkenlik ve mekanik özellikler açısından üstün özellikli olanların, PEM yakıtpili şartlarında, çeşitli sıcaklık ve nem değerlerinde performansları incelenmiştir. 110°C'de ve % 60 RH'de, 237 mS.cm-1 değerine kadar iyonik iletkenlik gösteribilen demir esasli tuz içeren %36 aşılanan membranlar yüksek sıcaklıkla çalışan PEM yakıt pilleri için gelecek vaad eden membran olarak potansiyelini meydana çıkarmaktadır.
Özet (Çeviri)
The large contribution of fossil fuels emission to environmental pollution, as well as limited supplies, reveal the importance of alternative power sources. In this regard, fuel cells can be considered one the most favorable options for diverse applications. However, developing materials with properties that meet the requirements of fuel cell systems with high performance, reliable lifetimes and cost-effectiveness is still a challenging issue. Improvement of the membrane as the core component of the fuel cell is one of the growing research areas. Radiation-induced grafting methods have attracted extensive attention as a simple method for scaling up. The suitability of this method in terms of utilizing various combinations of base polymers and monomers results in the production of membranes with desired properties for numerous applications such as high-temperature PEM fuel cells. In this study, 1-vinylimidazole (1-VIm) and 4-vinylpyridine (4VP) monomers have been utilized as monomers to graft onto ɣ-irradiated ETFE (ethylene-co-tetrafluoroethylene) films as the base polymer. Grafting reactions took place at 60°C for 24 h. The radiation grafted copolymer was subsequently doped with phosphoric acid to prepare new membranes for high-temperature operation. The effect of adding ferrous salt as an initiator, utilizing various solvents during grafting and changing the monomer ratio on the grafting parameters was investigated. Properties of the resultant membranes were characterized via ex-situ ionic conductivity measurement at varying temperature and humidity, thermal gravimetric analysis (TGA), and mechanical testing was completed using a universal test machine. The fuel cell performance tests were carried out for the most promising membranes at various relative humidity and temperatures conditions. Additionally, up to 237 mS.cm-1 ionic conductivity of the With salt membranes with 36% GL at 110 °C with 60% RH, reveals their potential as promising membranes for high-temperature PEM fuel cell applications.
Benzer Tezler
- Novel radiation grafted membranes based on fluorinated polymers for proton exchange membrane fuel cell
Proton değişim membranlı yakıt hücresi için florürlü polimer esaslı radyosyanla aşılanmış özgün membranlar
SAHL SADEGHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
EnerjiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Poli(etilen-alt-tetrafloroetilen) (ETFE) ardışık kopolimer filmine RAFT yöntemi ve radyasyon kullanılarak stiren aşılanması ve yakıt pili membranı hazırlanması
Radiation induced, RAFT mediated grafting of styrene onto ETFE (poly(ethylene-alt-tatrafluoroethylene) alternating copolymer film and preparation of fuel cell membrane
GÖKÇE ÇELİK
Doktora
Türkçe
2013
Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. OLGUN GÜVEN
- Grafting of Polystyrene to poly(Ethylene-alt-tetrafluoroethylene) (ETFE) films by controlled RAFT polymerization in the presence of a crosslinking agent
Poli(Etilen-alt-tetrafloroetilen) (ETFE) filmlere kontrollü RAFT polimerizasyonu ile çapraz bağlayıcı bir ajan varlığında polistiren aşılanması
NAZLICAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BARSBAY
- Bending actuators based on ionic electroactive polymers
İyonik elektroaktif polimer esaslı bükülme eyleyicileri
SHAYAN MEHRAEEN
Doktora
İngilizce
2018
Metalurji MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
- Synthesis and characterization of phosphine oxide and sulfone containing polyurethanes
Fosfin oksit ve sülfon içeren poliüretanların sentezi ve karakterizasyonu
BETÜL TÜREL
Doktora
İngilizce
2013
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ERSİN SERHATLI