PEM yakıt hücrelerinde kullanılmak üzere pes blend membran üretimi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of PES blend membrane for pem fuel cell
Yazar: AYLİN ERİŞ DALĞIÇ
Danışman: PROF. DR. İRFAN AR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Karakterizasyon = Characterization ; Membranlar = Membranes ; Yakıt hücreleri = Fuel cells ; Yakıt pili = Fuel cell

Özet:
Fosil yakıtların tükenmekte olması ve çevre ve insan sağlığına verdiği zararlar nedeniyle bu yakıtlara alternatif enerji kaynağı arayışları büyük bir önem kazanmıştır. Yakıtlarda bulunması gereken özellikler açısından yapılan incelemeler hidrojenin en umut vaat eden alternatif olduğunu göstermiştir. Tüm dünyada hidrojen ekonomisine geçiş için yapılan çalışmalar hız kazanmış ve günümüzde elektrikle çalışan tüm cihazların yakıt pili ile çalışan modelleri geliştirilmiş ve hidrojenle çalışan yakıt pilli araçlar artık trafikte gözlenmeye başlamıştır. Yakıt pillerinin hayatın her alanında kullanılmaya başladığı görülmektedir. Günlük hayatın içinde yer alan bu teknolojiye sahip olunması enerji açısından dışa bağımlılığın azaltılmasında da önemli rol oynamaktadır. Bu bilgiler ışığında yapılan çalışmanın amacı proton değişim membran yakıt pillerinde kullanılmak üzere yüksek proton iletkenliğine, kimyasal ve mekanik kararlılığa sahip, ekonomik, çevre dostu ve ticari nafyon membranına alternatif bir membran üretilmesi ve üretilen membranın özelliklerinin belirlenmesidir. Bu çalışmada membran matrisini polieter sülfon (PES) ve polivinil alkol (PVA) polimer karışımı oluşturmaktadır. Çok sayıda membran uygulamalarında mekanik özellikleri ve termal kararlılığı ile dikkat çekmesi sebebi ile PES ve kolay modifiye olma, iyi film oluşturma gibi özelliklerinden dolayı PVA polimerleri seçilmiştir. Proton iletkenliğini artırmak amacıyla PES polimerine membran sentezinden önce sülfonasyon işlemi uygulanmıştır. Daha sonra membranın mekanik dayanıklılığını ve iyonik iletkenliğini artırmak amacıyla bir katkı maddesi membran karışımına eklenmiştir. Hazırlanan karışımlara sentez yöntemi olarak döküm yöntemi uygulanmıştır. Alınan sonuçlara göre üretilen membranlardaki su tutma kapasitesi, şişme özelliği, iyon değişim kapasitesi gibi önemli özellikler belirlenmiştir.

Abstract:
Due to the exhaustion of fossil fuels and the damages they cause to the environment and human health, the search for alternative energy sources to these fuels has gained great importance. As a result of the examinations of various alternatives for the fossil fuels in terms of the properties that should be found in fuels hydrogen is found as the most promising alternative. All over the world, efforts to transition to hydrogen economy have gained momentum, and today hydrogen powered vehicles with fuel cells are now observed in traffic. It can be stated that fuel cells have started to be used in all areas of the life. Having this technology, which is a part of daily life, plays an important role in reducing dependency of countries to the foreign energy. In the light of this information, the aim of this study is to produce an alternative membrane to the commercial nafion membrane for usage in proton exchange membrane fuel cells having the properties such as low cost, high proton conductivity, environmentally friendly, chemically and thermally stable membrane and to determine the properties of the synthesized membrane. The synthesized membrane matrix consists of polyether sulfone (PES) and polyvinyl alcohol (PVA) polymer blend. PES has been chosen due to its remarkable mechanical properties and thermal stability in many membrane applications. On the other hand, PVA has been chosen for easy modification and good film formation. In order to increase the proton conductivity, sulfonation process was applied to the PES polymer before membrane synthesis. Then, an additive in different proportions was added to the membrane mixture in order to increase the mechanical strength and ionic conductivity of the membrane. Casting method was applied to the prepared mixtures as a synthesis method. Important properties such as water uptake capacity, swelling property, ion exchange capacity of the produced membranes were determined.