İnorganik/organik hibrit proton değişim membranlarının doğrudan metanol yakıt hücreleri (DMYH) için geliştirilmesi
Development of inorganic/organic hybride proton exchange membranes for direct methanol fuel cells (DMFC)
Yazar: MERT GÜLCAN
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Membranlar = Membranes

Özet:
Ticari olarak yakıt hücrelerinde sıklıkla  kullanılan Nafion türü membranların üstün proton iletkenliklerine karşın yüksek metanol geçirgenlikleri hücre performansını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu sebeple, sunulan projede farklı yaklaşımlar ortaya konularak DMYH için üstün metanol bariyer özelliğine ve kabul edilebilir proton iletkenliği değerine sahip polimer esaslı membranların geliştirilmesi ve ticari Nafion ürüne karşı karşılaştırmalı olarak karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla DMYH uygulamaları için Nafion'a alternatif oluşturabilmesi açısından polieter-eterketon (PEEK) yapısı sülfonasyonu sonucunda sülfone polieter-eterketon (sPEEK) yapısında polimerler hazırlanmıştır. Hem Nafion hem de sPEEK esaslı membranların proton iletkenlik değerini etkilemeksizin metanol geçirgenliği değerini azaltmak için farklı inorganik katkılar polimer matris içerisine ilave edilmiştir. Bu kapsamda, tungstik asit, SiO2 ve organik montmorillanit (OMMT) kullanılmıştır. Yine yenilikçi bir yaklaşımla hem Nafion hem de sPEEK yapısındaki membranlar destek olarak değerlendirilerek tabakalı kaplama (LbL) yöntemiyle inorganik katkı içeren poli allilamin hidroklorit (PAH) ve karboksimetil selüloz (CMC)  ile kaplanmış ve karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. LbL işlemi tek tabaka üzerinden 1-8 saat aralığında farklı kaplama sürelerinde gerçekleştirilmiştir.
Elde edilen tüm karakterizasyon sonuçlarından Nafion membrana alternatif olarak önerilen saf sPEEK ve elde edilen sPEEK esaslı kompozit membranların DMYH uygulamalarında kullanım potonsiyelinin yüksek olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte gerek sPEEK membranın kullanımı gerekse de modifikasyonu ile elde edilen kompozit membranların kullanımlarının ticari saf Nafion'a göre üstün ısıl dayanımları, kontrol edilebilir iletkenlik ve metanol geçirgenlikleri değeri nedeni ile araştırılmasının yeni tip membranların geliştirilmesinde yol gösterici olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Nafion's high methanol permeation leeds to poor cell performance. That's why the development of polymer based membranes with high methanol barier proporties and acceptable proton conductivity and the comparison of new membranes to commercial Nafion product have been carried out in the proposed project. For this purpose sulfonated poly ether ether ketone (sPEEK) has been prepared by the sulfonation of poly ether ether ketone (PEEK) in order to develop new membranes as alternative to Nafion. Different types of inorganik additives have been added into both Nafion and sPEEK polymer matris to decrease methanol permittivity without sacrificing proton conductivity. In this regard tungstic acid and organic montmorillonite (OMMT) have been used. As a innovative approach both Nafion and sPEEK membranes have been used as membrane supports and then polyallilamine hydrochloride (PAH) and carboxymethyl cellulose (CMC) including  inorganic additives have been coated on to these supports using LbL technic and the characterizations have been performed. LbL prosedure has been applied in a different time interval (1-8 hours) for one layer coating.
From all characterization results , it was found that pure sPEEK membrane and prepared sPEEK based composite membranes which is suggested as alternative to Nafion, have high potential to use in DMFC applications. Moreover, it is expected that the use of both sPEEK membrane and modified composite membranes will have advantage over commercially pure Nafion regarding their superior thermal resistances, controllable conductivity and methanol permeability. Therefor these results will lead to develop a novel type of membranes for DMFC applications.