Alkali doğrudan metanol yakıt hücresi için anyon değişim membranı eldesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of anion exchange membranes for alkaline direct methanol fuel cell
Yazar: MURAT TAMER
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN KAYTAKOĞLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT AKYALÇIN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Membranlar = Membranes ; Polivinil alkol = Polyvinyl alcohol ; Tartarik asit = Tartaric acid ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Bu çalışmada, alkali doğrudan metanol yakıt hücresi (ADMYH) için polivinil alkol (PVA) esaslı anyon değişim membranları (ADM) çözeltiden dökme yöntemi ile hazırlandı. PVA'nın çapraz bağlanması için tartarik asit (TA) kullanıldı ve geleneksel ısıtma işleminden faydalanıldı. İlk aşamada en etkin çapraz bağlayıcı oranı ve ısıl işlem süresi belirlendi ve sonraki aşamalarda sırasıyla metanol geçirgenliği sorununu çözmek için farklı oranlarda füm silika (FS) dolgusu içeren kompozitler ve iyonik iletkenliği arttırmak için farklı oranlarda setrimid (CTAB) ile modifikasyonu gerçekleştirilen membranlar hazırlandı. En iyi performans sergileyen oranlardan yararlanılarak PVA-FS(x)-CTAB(y)-TA(z) son ürünü hazırlandı. Membranların FT-IR, su /alkali tutma kapasiteleri, şişme oranları, XRD, TGA, iyon değiştirme kapasitesi, SEM, iyonik iletkenlik ve metanol geçirgenlik karakterizasyonları sonucunda yakıt hücresi ortamı için uygunluğu tespit edildi. Başarılı özelliklere sahip membranların 30 ve 60°C'de yakıt hücresi testleri gerçekleştirildi. Son olarak, hazırlanan membranların oksidatif stabiliteleri Fenton testi ile incelendi ve yakıt hücresi çalışma şartlarında membranların dayanımlarına dair bilgi edinildi. Elde edilen PVA esaslı yapılar, literatürde bulunan benzer çalışmalarla kıyaslandığında ADM olarak umut vadeden alternatif yapılar olabileceği görüldü.

Abstract:
In this study, polyvinyl alcohol (PVA) based anion exchange membranes (AEM) for alkaline direct methanol fuel cells (ADMYH) were prepared by the solution casting method. Tartaric acid (TA) was used as a crosslinking agent and the conventional heating process was utilized to crosslink PVA. In the first stage, the most effective crosslinker ratio and heat treatment time were determined, and in the next stages, composites containing different ratios of fumed silica (FS) filler to deal with the methanol permeability problem and membranes modified with different ratios of cetrimide (CTAB) to increase ionic conductivity were prepared, respectively. Utilizing the best-performing ratios, the final product PVA-FS(x)-CTAB(y)-TA(z) was prepared. As a result of the FT-IR, water/alkaline uptake capacity, swelling ratio, XRD, TGA, ion exchange capacity, SEM, ionic conductivity, and methanol permeability characterizations, The suitability of the membranes for the fuel cell conditions was determined. Fuel cell tests of the membranes having successful properties were carried out at 30 and 60°C. Finally, the oxidative stability of the prepared membranes was investigated by the Fenton test, and information about the stability of the membranes under fuel cell operating conditions was obtained. It was seen that the PVA-based structures that were developed could be promising replacements for AEM when compared to studies in the literature.