Polivinil alkol bazlı proton iletken membran sentezi ve karakterizasyonu
Polvinyl alcohol based proton conductor membrane synthesis and characterizaton
Yazar: DERYA ORUÇ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MUZAFFER BALBAŞI
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Proton iletken membranlar polimer elektrolit membran yakıt hücreleri (PEMYH'leri)'nin anahtar bileşeni olmaları sebebi ile oldukça ilgi görmektedirler. PEMYH çevre dostu olması ve birçok uygulama için etkin güç kaynağı olması açısından ilgi görmektedir. Bu çalışmada, PEMYH için proton iletken kompozit membranlar elde edilmesi amaçlanmıştır.Bu çalışmada polivinil alkol (PVA) bazlı, hipofosforöz asit (H3PO2) katkılı proton iletken membranlar sentezlendi. Mekanik ve kimyasal olarak kararlı membranlar elde etmek amacıyla glutar dialdehit (GA) ile membranlara değişen zamanlarda çapraz bağlama işlemi uygulandı. Membran sentezinden sonra Fourier transform infrared spektroskopisi (FTIR), termal gravimetrik analiz (TGA), su tutma kapasitesi ve şişme derecesi, iyon değiştirme kapasitesi (IEC) ve elektrokimyasal empedans ölçümleri (EIM), gerilme mukavemet testleri ve kimyasal kararlılık için Fenton testi gibi bazı karakteristik özellik testleri yapıldı. En yüksek proton iletkenlik değeri PVA/40HPA+ISI kodlu membranda 70 0C'de ve 0,01 M H2SO4 varlığında 1,89x10-2 Scm-1 olarak ölçüldü.PVA/40HPA+ISI membranı ve 15GA/PVA/40HPA+ISI membranının kimyasal ve mekanik kararlılıkları karşılaştırıldığında PVA/40HPA+ISI membranının daha iyi mekanik dayanım göstermesine karşılık 15GA/PVA/40HPA+ISI membranının kimyasal dayanımının daha iyi olduğu görüldü. Bu nedenle 15GA/PVA/40HPA+ISI membranı membran elektrot birimi (MEB) haline getirilmek üzere seçildi. Fakat membran üzerine uygulanan ön işlemler membran kararlılığını azaltmıştır.Karakterizasyon testlerinin sonuçları sentezlenen membranların yakıt hücrelerinde kullanılabileceklerini göstermiştir. Fakat bu membranların mekanik ve kimyasal özellikleri PEMYH sistemlerinde kullanım için zayıftır. Bu membranların mekanik ve kimyasal kararlılıkları farklı çapraz bağlama ajanları ve sentez metotları ile geliştirilebilir.

Abstract:
Proton conducting polymer electrolyte membranes attract considerable attention because they are key-components in polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs). Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) are promising environmentally friendly and efficient power sources for a wide range of different applications. In this study, it is aimed to obtain proton conductive membranes for PEMFCs.In this study, polyvinyl alcohol (PVA) based, H3PO2 doped, composite membranes were synthesized. To obtain chemical and mechanical stable membranes glutar dialdehyde (GA) was used by treating different crosslinking times. After membranes were synthesized, some characterization property tests such as; Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), termal gravimetric analysis (TGA), capacity of water uptake and swelling degree, capacity of ion exchange (IEC), electrochemical impedance measurements (EIM), tensile strength tests and Fenton test for chemical stability were performed. The highest proton conductivity value was obtained from the membrane coded as PVA/40HPA+HEAT under the experimental conditions of 70 ºC at absence of 0,01 M H2SO4. This value is 1,89x10-2 Scm-1.Chemical and mechanical stabilities of PVA/40HPA+HEAT and 15GA/PVA/40HPA+HEAT membranes were compared and it was seen that PVA/40HPA+HEAT membrane showed good mechanical stability but 15GA/PVA/40HPA+HEAT membrane showed good chemical stability. So 15GA/PVA/40HPA+HEAT membrane choosed for membran electrode assembly (MEA). But pretreatments done on membrane decreased the stability of membrane.The properties those are the results of the characterization tests show that synthesized membranes can be used in fuel cells. But their mechanical and chemical properties are poor for using PEMYH systems. Mechanical and chemical stabilities of these membranes can be improved by using different crosslinking agents and synthesis methods.