Anyon değiştirici yakıt hücreleri için polisülfon/Mxene nanokompozit membran sentezi
Polysulfone/Mxene nanocomposite membrane synthesis for anion exchange fuel cells
- Tez No: 829184
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇİĞDEM TAŞDELEN YÜCEDAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Anyon değiştirici membranlar, Nanokompozitler, Yakıt hücreleri, Yenilenebilir enerji, Anion exchange membranes, Nanocomposites, Fuel cells, Renewable energy
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Fosil yakıt kaynaklarının hızla tükenmesiyle birlikte, artan enerji talebi nedeniyle araştırmacılar temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarına odaklanmıştır. Anyon değiştirici membran yakıt hücreleri (ADMYH), alternatif bir enerji üretim yöntemidir. ADMYH'lerin temel yapıtaşlarından biri olan anyon değiştirici membranların (ADM) henüz ticarileşmiş yaygın bir kullanımı yoktur. ADM'lerin genel olarak düşük mekanik dayanıma ve düşük iyonik iletkenliğe sahip olmaları bu durumun ana nedenlerindendir. Ancak, ADM'lerde mekanik kararlılık ve iyonik iletkenlik arasında ters bir ilişki olduğu gözlemlenmiştir. Bu sorunun üstesinden gelmek için kullanılan stratejilerden biri nanopartikül katkılı kompozit membran geliştirmektir. Mxene, yapısı gereği polimer matrisinde iyonların geçişi için gereken hidroksil ağlarının oluşmasına yardımcı olan fonksiyonel gruplar içeren bir malzemedir. Mxene'nin hidrofilik özellikleri, yüksek kimyasal kararlılık, elektrik iletkenliği ve geniş bir yüzey alana sahip olması nedeniyle nanokompozit membran üretiminde kullanılabilir. Bu tez çalışmasının amacı, yüksek iletkenliğe sahip aynı zamanda kimyasal mekanik kararlılığı yüksek olan polisülfon/Mxene nanokompozit ADM'ler geliştirmektir. Sentezlenen membranlar karakterize edilerek ADMYH'lerdeki kullanılabilirlikleri araştırılacaktır. Bu doğrultuda, polisülfon polimerinin klorometilasyonu yapılarak polimer omurgası üzerinde fonksiyonel gruplar oluşturulmuştur. Mxene'nin sentezi Ti3AlC2'den yerinde hidrojen florür yöntemi kullanılarak Al uzaklaştırılması ile gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen Mxene karakterizasyonu XRD ve XPS ile yapılmıştır. Polisülfon bazlı membranlar,Trietilamin (TEA), 1-metil imidazol (MIm) ve 1,4-diazabisiklo [2.2.2]oktan (DABCO) kullanılarak kuaternize edilmiştir. Elde edilen membranların iletkenliklerini iyileştirmek amacıyla Mxene membran çözeltilerine eklenmiştir. ADM'lerin karakterizasyonu için su tutma kapasitesi, iletkenlik, şişme oranı ve iyon değişim kapasitesi testleri yapılmıştır. Karakterizasyon sonuçlarına göre, Mxene nanopartikülleri ADM'lere eklenince sentezlenen tüm membranlarda iletkenlik değerlerinde artış gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Researchers have focused on clean and renewable energy sources due to the increasing demand for energy and the rapid depletion of fossil fuel resources. Anion Exchange Membrane Fuel Cells (AEMFCs) are an alternative method of power generation. Anion exchange membranes (AEMs), which are one of the main building blocks of AEMFCs, have not yet been used on a commercial scale. This is due to AEM's low mechanical strength and low ion conductivity. There is a trade-off between mechanical stability and ionic conductivity. One of the strategies to overcome this problem is the development of nanoparticle doped composite membranes. Mxene is a material containing functional groups that promote the formation of hydroxyl networks. These are necessary for the passage of ions in the polymer matrix. In addition to its hydrophilic nature, excellent chemical stability, and electrical conductivity, Mxene possesses a plate-like structure, providing a large surface area that makes Mxene ideal candidate for nanocomposite membran synthesis. The aim of this study is to develop and characterize polysulfone/Mxene nanocomposite AEMs with high conductivity, chemical and mechanical stability, and investigate their usability in AEMFCs. Functional groups were introduced onto the polymer backbone by chloromethylation of polysulfone. Mxene synthesized selectively etching aluminum from Ti3AlC2 using an in-situ hydrogen fluoride method. The quaternization of polysulfone was performed using triethylamine (TEA), 1-methyl imidazole (MIm) and 1,4-diazabicyclo [2.2.2]octane (DABCO). Mxene was incorporated into the membrane to improve conductivity. After characterization, the inclusion of Mxene nanoparticles in AEM conductivity values increased across all synthesized membranes.
Benzer Tezler
- Anyon değiştirici membran yakıt hücreleri için çapraz bağlı polimerik membranların geliştirilmesi
Development of crossli̇nked polymeri̇c membranes for ani̇on exchange membrane fuel cells
COŞKUN GÜLEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞEN ALBAYRAK ARI
- Anion exchange membrane based on semiinterpenetratingpolymer network of polyether sulfone / quaternized starch for alkaline fuel cells
Alkali yakıt hücreleri için yarı-iç içe geçen polietersülfon / kuaternize nişasta polimer ağına dayalı anyon değişim membranı
OSAMAH KADHIM HILAL ALMURUMUDHE
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Kimya MühendisliğiAtılım ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ENVER GÜLER
- Anyon değişim membran yakıt hücreleri için imidazolyum fonksiyonlu membranların geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of imidazolium functionalized membranes for anion exchange membrane fuel cells
ÖYKÜ ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Enerjiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞEN ALBAYRAK ARI
- Investigation of the catalytic performance of tin nanowires produced by aluminum anodic oxide template method for electrochemical CO2 reduction
Alüminyum anodik oksit şablon yöntemiyle üretilen kalay nanotellerin elektrokimyasal CO2 redüksiyonuna yönelik katalitik performansinin i̇ncelenmesi
DİLAN ER GÖNÜL
Doktora
İngilizce
2023
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- PEM yakıt hücresi destekli kojenerasyon sisteminin nümerik modellenmesi ve termoekonomik optimizasyonu
Numerical modeling and thermoeconomic optimization of PEM fuel cell assited cogeneration system
ÖMER FARUK GÜLER
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEYHUN YILMAZ