Sülfolanmış maleik anhidrit-stiren ardışık kopolimer membranının proton değişim membran yakıt hücresi performansının incelenmesi

Abstract

Sanayileşme ve bireylerin daha iyi yaşam isteklerini karşılayabilmek için, ihtiyaç duyulan enerji miktarı her geçen gün artmaktadır. Günümüzde kullanılan enerjinin büyük miktarı fosil yakıtlardan karşılanmaktadır. Ancak bu yakıtların yakın gelecekte rezervlerinin sona ermesi ve kullanımının çevre kirliliğini artırarak küresel ısınmaya neden olması, alternatif enerji kaynaklarına olan gereksinimi artırmaktadır. Yakıt hücreleri temiz, yenilenebilir ve sürdürülebilir bir enerji kaynağı olmaları nedeniyle dünya da artan enerji ihtiyacını karşılayacak en önemli yaklaşımlardan birisidir. Çeşitli türleri bulunan yakıt pilleri arasında, Proton Değişim Zarlı Yakıt Pili (PDMYP) yakıt hücreleri düşük çalışma sıcaklığında yüksek verim elde edilmesi, sessiz çalışması, hareketli aksamının bulunmaması ve saf suyun dışında başka bir atık oluşturmamasından dolayı en çok ilgi çeken yakıt hücresi türüdür. PDMYP yakıt hücrelerinin en önemli elemanı proton iletim özelliğine sahip polimerik membranlardır. Bu membranlar oldukça pahalı olduğu için PDMYP‟nin piyasada yaygınlaşmasını engellemektedir. Bu çalışmanın amacı; PDMYP‟de kullanılmak üzere yüksek sıcaklıklara dayanıklı, mekanik, termal ve kimyasal kararlılığı yüksek, proton iletkenliği yüksek, iyon geliştirme kapasitesi yüksek ve ucuz maliyetli bir membran geliştirmektir. Bu çalışma kapsamında, maleik anhidrit (MA) ve stiren (S) monomerleri kullanılarak poli(MA-alt-S) kopolimeri sentezlenmiştir. Sentezlenen poli(MA-alt-S) kopolimerine, sülfanilik asit bağlanmıştır. Daha sonra ağırlıkça % 20 oranında v polietilen glikol (PEG) ilave edilerek poli(MA-alt-S)/PEG membranı hazırlanmıştır. Hazırlanan poli(MA-alt-S)/PEG membranın karakterizasyonu; DSC, TGA, FTIR, 1H-NMR, 13C NMR, atomik kuvvet mikroskobu (AKM) ve elemental analiz yapılarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca membranın su tutma kapasitesi, iyon değişim kapasitesi ve proton iletkenlik değerleri incelenmiştir. Son olarak membranın tekli yakıt hücresi denemesi yapılmıştır.

Industrialization and individuals‟ requirements are needed for a better life increases the amount of energy everyday. Today, a large amount of energy supplies from fossil fuels. However, the reserves of these fuels will run out and the use of these causes environmental pollution which increasing global warming. Thus, this is increasing the need for alternative energy sources. Fuel cells are clean, renewable and sustainable energy sources, so they are the most important approaches for the increasing energy needs. Among the various types of fuel cells, Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) is a type of most interested. Because of low operating temperature to achieve high efficiency, quiet operation, the moving assembly and lack of waste other than pure water. The most important element of PEMFC is proton-conduction properties of polymeric membranes. These membranes are very expensive in the market, so this is against the spread of PEMFC. The purpose of this study is to develop polymeric membranes that can compatible with PEMFC. This membrane should have many properties. These are mechanical, thermal and chemical stability, high proton conductivity, high ion exchange capacity and low cost. In this study, maleic anhydride (MA) and styrene (S) monomers were used in order to synthesize poly(MA-co-S) copolymers. Poli(MA-co-S) copolymer is sulfonated by sulphanilic acid. Then, by 20 % weight polyethylene glycol (PEG) was added to poly (MA-co-S)/PEG membrane was prepared. Poly(MA-co-S)/PEG membrane was vii characterized by means of DSC, FTIR, TGA, 1H-NMR, 13C NMR, atomic force microscope (AFM) and elemental analyses. In addition to this, swelling degree, ion exchange capacity and proton conductivity were investigated. Finally, single cell performance was tested.