Polimer elektrolit membran (PEM) elektrolizör için membran sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of membrane for polymer elektrolyte membrane (PEM) elektrolyzer
Yazar: NADİLE ECEM KAPUSUZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BERKER FIÇICILAR
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde çoğalan enerji gereksinimi, fosil yakıt kaynaklarının giderek azalması, artan çevre kirliliği sonucu araştırmacılar yenilenebilir enerji kaynaklarına yoğunlaşmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının sürekliliğini sağlamak için suyun elektrolizi yöntemiyle hidrojen elde edilerek depolanması önem kazanmaktadır.
Hidrojen üzeritiminde PEM elektrolizörler suyun elektrolizi yöntemi ile hidrojen üreten cihazlardır. Nafion gibi perflorosülfonik asit bazlı membranlar, polimer elektrolit membran (PEM) yakıt hücrelerinde çoğunlukla tercih edilmektedir. Fakat Nafion membranların 80oC'den yüksek sıcaklıklarda proton iletkenliklerinin azalması ve pahalı olmaları sebebiyle çeşitli membran malzemeleri geliştirmeye yönelik yoğun çalışmalar devam etmektedir. Bu çalışmada, çözelti polimerizasyonu yöntemiyle üretilen polibenzimidazol (PBI) polimeri kullanılarak 80oC'den yüksek sıcaklıklarda çalışılabilen bir polimer elektrolit membran hazırlanmıştır. Sentezlenen polimerin molekül ağırlığı ölçümünde Ubbelohde viskometresi kullanılmış ve karakterizasyonu H-NMR, FT-IR, SEM ve TGA yöntemleri ile gerçekleştirilmiştir.
180 oC'de sentezlenen PBI membran 220 𝜇m kalınlığında viskozitesi 0,04 Pa.s ve molekül ağırlığı 4,72×104 g/mol'dür. 170 oC'de sentezlenen PBI membran 190 𝜇m kalınlığında viskozitesi 0,225 Pa.s ve molekül ağırlığı 1,37×104 g/mol'dür. Sentezlenen PBI membranın sonuçları literatür ile uyum içerisinde olup PBI membran sentezi başarıyla sonuçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Polimer elektrolit membran, Elektrolizör, Fosforik asit yüklü polibenzimidazol membran, PEM, PBI

Abstract:
Researchers have focused on renewable energy sources as a result of the increasing energy demand, the decrease in fossil fuel resources and the increasing environmental pollution. In order to ensure the sustainability of renewable energy sources, it is important to store water by obtaining hydrogen by electrolysis.
PEM electrolysers are hydrogen generating devices by the electrolsis method of water. Perfluorosulfonic acid-based membranes such as Nafion are often preferred in polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells. However, due to the reduced proton conductivity of Nafion membranes at temperatures higher than 80 ° C and because they are expensive, intensive studies are continuing to develop various membrane materials. In this study, a polymer electrolyte membrane which can be operated at temperatures higher than 80 ° C has been prepared by using polybenzimidazole (PBI) polymer produced by solution polymerization method. Ubbelohde viskometer was used to measure the molecular weight of the synthesized polymer and its characterization was carried out by H-NMR, FT-IR, SEM and TGA methods.
The PBI membrane synthesized at 180 oC has a thşckness of 220 𝜇m and a viscosity of 0.04 Pa.s and a molecular weight of 4,72×104 g/mol. The PBI membrane synthesized at 170 oC has a thickness of 190 𝜇m and a viscosity of 0.225 Pa.s and a molecular weight of 1,37×104 g/mol. The results of the synthesized PBI membrane were consistent with the literature and PBI membrane synthesis was successfully completed.

Keywords: Polymer electrolyte membrane, Electrolyzer, Phosphoric acid loaded polybenzimidazole membrane, PEM, PBI