Pem yakıt pillerinde organik/inorganik nanokompozit membran geliştirilmesi
Organic / inorganic nanocomposite membrane development in pem fuel cells
Yazar: FAHMIN NURİYEV
Danışman: PROF. DR. İRFAN AR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Membran, PEM (Polimer Elektrolit Membran Yakıt Hücresi – PEMYH) yakıt pilinin en önemli bileşenlerinden biridir. Membranlarda aranan özellikler yüksek proton iletkenlik değeri, minimum direnç kayıpları, sıfır elektronik iletkenlik, yeterli mekanik mukavemet ve kararlılık, çalışma koşullarında kimyasal ve elektrokimyasal kararlılık, çevre dostu ve ekonomik olmasıdır. Ayrıca yakıt pilinde hidrojen ve oksijenin doğrudan bir birine karışmasını engellemesi de önemli görevlerindendir. Bu çalışmada yukarıda belirtilen özelliklere sahip, polipropilen bazlı membran sentezi amaçlanmıştır. Sentezlenen membranların proton iletkenliğini artırmak için titanyum dioksit (TiO2) katkı maddesi olarak kullanılarak organik-inorganik kompozit membranlar sentezlenmiştir. Ayrıca aktif grupların membran matrisine katılımında plazma uygulanmasının etkileri incelenmiştir. Membran sentezinden sonra FT-IR, su tutma, şişme özelliği, empedans ölçümleri, iyon değişim kapasitesi (IEC) ve yakıt hücresi performans testleri gibi karakterizasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen membranlardan PPP+5T ve SPP+5T bazlı membranlar ile daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. En yüksek proton iletkenlik değerleri 50 ̊C'de ve 100% nemlilikte PPP+5T ve SPP+5T kodlu membrandan elde edilmiştir. Bu değerler sırasıyla 0.0637 S/cm ve 0.07531 S/cm'dir. Sülfolanmış polipropilenin titanyum dioksit katkısıyla su tutmasının arttığı gözlenmiştir. Plazma uygulanmış ve uygulanmamış polipropilen membranların şişme özelliğinde düzenli bir değişim görülmemiştir. İyon değişim kapasitesinde en iyi sonuç fosfolanmış titanyum dioksit katılmış membranlardan elde edilmiştir. Bu membranların iyon değişim kapasitesi değerleri titanyum dioksit miktarı ile diğerlerine göre daha düzenli artış göstermiştir. Performans deneyleri sonucunda titanyum dioksit katkısı arttıkça membran performansının iyileştiği gözlenmiştir.

Abstract:
Membrane is one of the main component of PEM (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell–PEMYH). Desired proporties of membranes have high proton conductivity, minimum resistance losses, zero electrical conductivity, adequate mechanical, chemical and electrochemical stability and durability under working conditions, and environmentally friendly and economical. Further that, one of its main function is to prevent direct intermingling of hydrogen and oxygen. The aim of this study is to synthesis propylene-based membranes that have or having the above-mentioned properties. In order to increase the proton conductibility of synthesized membranes titanium dioxide (TiO2) is addit to
membrane matrix. Moreover, effects were of plasma application on membrane proporties were investigated. After membranes, synthesized, charaterization tests such as FT-IR, water hold up, swelling properties, ion exchange capacity (IEC) were performed and, impedance measurements, and fuel cell performance tests were carried out. Among synthesized membranes PPP+5T and SPP+5T based membranes showed better properties compared to others. The highest proton condictivity values were obtained at 50 ̊C and 100% humidity for PPP+5T and SPP+5T coded membranes as 0.0637 S.cm-1 and 0.07531 S.cm-1 respectively. It has been observed that water hold up capacity of titanium dioxide doped membranes, increases as a result of sulfonation. Swelling properties of plasma applied and non-applied polyproplyne membranes were not change regularly. The best ionic exchange capacity
results were obtained for titanium dioxide doped phosphonated membranes. Ion exchange
capacity of these membranes showed regular increase compared to others with increasing
titanium dioxide amount. As a result of performance experiments it was observed that
increase in amount of titanium dioxide added to membrane caused improvement in its
performance.